Τα Αμινοξέα και ο Ρόλος τους στην Λειτουργία του Οργανισμού στην Πρόληψη και Θεραπεία: ο Μηχανισμός Απορρόφησης και Δράσης

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

1. Εισαγωγή

2. Ορισμοί: Τα Απαραίτητα, τα μη Απαραίτητα και τα Λειτουργικά Αμινοξέα

    2.1 Οι Δυναμικές Μεταβολές των Αμινοξέων στα Φυσιολογικά Υγρά

    2.2 Διαοργανικός Μεταβολισμός των Αμινοξέων και ο εκτεταμένος καταβολισμός
           τους στο Έντερο

3. Η οδός mTOR

    3.1 GCN2 (general control μη αποσυμπιεζόμενα 2)/μη φορτισμένα-tRNAs

    3.2 Οι Υποδοχείς των Συζευγμένων με την G-πρωτεΐνη

    3.3 Οι Πομποδέκτες

    3.4 Τα Αλλοστερικά Ένζυμα

4. Η Ομοιόσταση των Κυτταρικών Αμινοξέων

    4.1 Η Είσοδος και Έξοδος μέσω των Μεταφορέων των Αμινοξέων

    4.2 Η Βιοσύνθεση και η Αποικοδόμηση των Αμινοξέων

          4.2.1 Η Βιοσύνθεση

          4.2.2 Η Αποικοδόμηση

5. Η Πρωτεϊνική Βιοσύνθεση και Αποικοδόμηση

    5.1 Η Αποικοδόμηση των Πρωτεϊνών

6. Η Συστηματική Ομοιόσταση των Αμινοξέων στα Όργανα

    6.1 Είσοδος και Έξοδος μέσω των Μεταφορέων των Αμινοξέων και Πεπτιδίων στα
           Όργανα

    6.2 Η Βιοσύνθεση και Αποικοδόμηση των Αμινοξέων στα Όργανα

    6.3 Η Βιοσύνθεση και Αποικοδόμηση των Πρωτεϊνών στα Όργανα

    6.4 Η Ρύθμιση της Συστηματικής Ομοιόστασης αμινοξέων από Ορμόνες και το ΚΝΣ

7. Ο Ρόλος των  Αμινοξέων

    7.1 Η Έκφραση Γονιδίων

    7.2 Η Σύνθεση και η Έκκριση Ορμονών

    7.3 Ο Μεταβολισμός των Θρεπτικών Συστατικών και η Οξειδωτική Άμυνα

    7.4 Ο Κύκλος Ανακύκλωσης των Ενδοκυτταρικών Πρωτεϊνών

    7.5 Η Λειτουργία του Ανοσοποιητικού Συστήματος

    7.6 Η Αναπαραγωγή

     7.7 Η Παχυσαρκία, ο Διαβήτης, και το Μεταβολικό Σύνδρομο

8. Αποτελεσματικότητα και η Ασφάλεια των Συμπληρωμάτων Ελεύθερων
       Κρυσταλλικών Αμινοξέων

1. Εισαγωγή

Στην μελέτη ανασκόπησης της διεθνούς βιβλιογραφίας από τον Guoyao Wu [1], με τον τίτλο: «Αμινοξέα: μεταβολισμός, λειτουργία και διατροφή», αναλύοντας τις μελέτες των Galli F … Van Goudoever JB, και συνεργατών [2-50], ο συντάκτης της μελέτης αυτής περιγράφει: «Τα αμινοξέα (AA) ορίζονται ως οργανικές ουσίες που περιέχουν ομάδες αμινών και οξέων. Εκτός από τη γλυκίνη, όλα τα AA έχουν ασύμμετρα άτομα άνθρακα και αναπτύσουν οπτική δραστηριότητα. Η οπτική διαμόρφωση των ΑΑ (δηλ. ο διαχωρισμός σε L- ή τα D-ισομερή) ορίζεται με αναφορά στις γλυκεραλδεΰδες.

Εκτός από την προλίνη, όλα τα AA έχουν μια κύρια αμινομάδα και μια ομάδα καρβοξυλίου που συνδέονται με το άτομο α-άνθρακα (εξ ου α-ΑΑ, έτσι όπως αρχίζουμε να διαβάζουμε την αλυσίδα από την αρχή της αμινομάδας ενός αμινοξέως). Τα β-ΑΑ (π.χ. ταυρίνη και β-αλανίνη), είναι μια ομάδα αμινοξέων που η αμινομάδα συνδέεται στο άτομο β- άτομο άνθρακα. Μετά-μεταφραστικά τροποποιημένα AA εμφανίζεται σε μερικές πρωτεΐνες [2].

Λόγω των διακυμάνσεων στις δευτερεύουσες αλυσίδες τους, τα AA έχουν εντυπωσιακά διαφορετικές βιοχημικές ιδιότητες και λειτουργίες [3, 4, 5].

Τα ΑΑ είναι γενικά σταθερά σε υδατικό διάλυμα σε φυσιολογικό pH, εκτός από

(1) την γλουταμίνη η οποία αργά ανακυκλώνεται σε πυρογλουταμικό (\1% ημερησίως σε 1 mM στους 250C) και

(2) την κυστεΐνη που υφίσταται ταχεία οξείδωση στην κυστίνη.

Εκτός από τη γλυκίνη, όλα τα υπόλοιπα AA μπορούν να έχουν L- και D-ισομορφές. Τα περισσότερα D-AA, εκτός από D-αργινίνη, D-κυστίνη, D-ιστιδίνη, D-λυσίνη, και D-θρεονίνη, μπορουν να μετατραπούν σε L-AA σε όλα τα θηλαστικά μέσω των διαδεδομένων D-AA οξειδασών και τρανσαμινασών [6, 7].

Η αποτελεσματικότητα της χρήσης των D-AA, σε μοριακή βάση του L-ισομερούς, μπορεί να είναι 20-100%, ανάλογα με τα υποστρώματα και τα είδη [6].

Μεταξύ των περισσότερων από 300 AA στη φύση, μόνο 20 από αυτά (α-ΑΑ) χρησιμεύουν ως δομικά στοιχεία μιας πρωτεΐνης. Ωστόσο, η μη πρωτεΐνη α-ΑΑ (π.χ. ορνιθίνη, κιτρουλίνη και ομοκυστεΐνη) και τα μη α-ΑΑ (π.χ. ταυρίνη και β-αλανίνη) διαδραματίζουν επίσης σημαντικούς ρόλους στο μεταβολισμό των κυττάρων [7, 8, 9, 10].

Λόγω της μεγάλης μάζας του (που αντιπροσωπεύει το 40- 45% του σωματικού βάρους), ο σκελετικός μυς, είναι η μεγαλύτερη δεξαμενή τόσο των ΑΑ που είναι δεσμευμένα σε πεπτίδια όσο και σε ελεύθερα ΑΑ στο σώμα [11].

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων 20 ετών, έχει καταβληθεί μεγάλη προσπάθεια προς τον καθορισμό των βέλτιστων απαιτήσεων των AA από τα ζωικά είδη [συμπεριλαμβανομένων των χοίρων και των μηρυκαστικών [12, 13], τα πτηνά [14], τα ψάρια [15], και τους ανθρώπους [16] υπό διάφορες διατροφικές, αναπτυξιακές, περιβαλλοντικές και παθολογικές συνθήκες.

Επιπλέον, τα αποτελέσματα πρόσφατων μελετών δείχνουν ότι το λεπτό έντερο είναι μια σημαντική περιοχή για τον εκτεταμένο καταβολισμό των ΑΑ στους ανθρώπους και στα υπόλοιπα θηλαστικά ζώα, διαμορφώνοντας έτσι την είσοδο των διαιτητικών ΑΑ στην κυκλοφορία και αλλά και την ελάχιστη συγκέντρωση των ΑΑ στο πλάσμα [17, 18, 19].

Επιπλέον, υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για τις ρυθμιστικές λειτουργίες των L- και D-AA στη διατροφή και τη φυσιολογία [20, 21, 22], καθώς και οι υποκείμενοι κυτταρικοί και μοριακοί μηχανισμοί [23, 24, 25, 26, 27].

Αν και κάθε AA έχει τη δική του μοναδική καταβολική οδό ή/και οδούς, ο καταβολισμός πολλών ΑΑ παρουσιάζουν μια σειρά κοινών χαρακτηριστικών στους οργανισμούς (Εικ. 1).

Σημαντικοί μεταβολίτες των ΑΑ περιλαμβάνουν την αμμωνία, το CO2, τα λιπαρά οξέα μακράς αλυσίδας και βραχείας αλυσίδας, την γλυκόζη, το H2S, τα σώματα κετόνης, το μονοξείδιο του αζώτου (NO), την ουρία, το ουρικό οξύ, τις πολυαμίνες, και άλλες αζωτούχες ουσίες με τεράστια βιολογική σημασία [28, 29, 30, 31, 32] (Εικ. 2).

Η πλήρης οξείδωση του άνθρακα των ΑΑ συμβαίνει μόνο εάν οι άνθρακες τους μετατρέπονται τελικά σε ακετυλο-CoA, το οποίο οξειδώνεται σε CO2 και H2O μέσω του κύκλου Krebs και του μιτοχονδριακού συστήματος μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Σε μοριακή βάση, η οξείδωση των ΑΑ είναι λιγότερο αποδοτική για την παραγωγή ATP, σε σύγκριση με το λίπος και τη γλυκόζη (Εικ. 3). Έτσι, η απόδοση της μεταφοράς ενέργειας από L-AA σε ATP κυμαίνεται από 29% για τη μεθειονίνη έως 59% για την ισολευκίνη.

Εικ. 1 Ο καταβολισμός των αμινοξέων (ΑΑ)

Εικ. 1 Τα ένζυμα που καταλύουν τις παραπάνω αντιδράσεις είναι: (1) BCAA transaminase; (2) phosphate-activated glutaminase; (3) glutamate dehydrogenase;(4) ornithine decarboxylase; (5) NO synthase; (6) lysine:a-ketoglutarate reductase; (7) threonine dehydrogenase; (8) arginase; (9) cysteine dioxygenase; (10) hydroxymethyltransferase; (11) S-adenosylmethionine synthase; (12) proline oxidase; (13) glutamine:fructose-6-phosphate transaminase; (14) D-amino acid oxidase; (15) serine dehydratase; (16) glycine synthase (glycine cleavage system). F6P fructose-6-phosphate, MTHF N5-N10-methylene-THF, THF tetrahydrofolate. BH4, tetrahydrobiopterin (required for hydroxylation of arginine, phenylalanine, tyrosine, and tryptophan)

Εικόνα 2 Κύριοι  μεταβολίτες και λειτουργία των Αμινοξέων στον μεταβολισμό

Εικ. 2 ANS: anthranilic acid, BCAA branched-chain AA, BH4 tetrahydrobiopterin, CNS central nervous system, CP carbamoylphosphate, CVD cardiovascular disease, DCSAM decarboxylated S-adenosylmethionine, EPN epinephrine, GABA c-aminobutyrate, HMB b-hydroxy-b-methylbutyrate, NAG N-acetylglutamate, NAS N-acetylserotonin, NEPN norepinephrine, NOS NO synthase, ODC ornithine decarboxylase, P5C pyrroline-5-carboxylate, Tau-Cl taurine chloramine

a Including myelin basic protein, filaggrin, and histone proteins

b Formed when asparagine reacts with reducing sugars or reactive carbonyls at high temperature

c Synthesized from L-serine by serine racemase

Εικ. 3 Η ενεργειακή επίδραση της οξείδωσης των αμινοξέων, των πρωτεϊνών και άλλων υποστρωμάτων

Εικ. 3 Υπολογισμοί βάση της απόδοσης ενέργειας των 51.6 kJ/mol για υψηλής ενέργειας δεσμούς σε ATP(moles of net ATP production/mol substrate 9 51.6 kJ/mol 7 combustion energy of kJ/mol substrate 9 100)
b When 1 mol glycine is catabolized by the glycine cleavage system, 1 mol ATP is produced. When 1 mol glycine is converted to serine and then oxidized, 13 mol ATP are produced
c Assuming that the average molecular weight of an AA residue in protein is 110
d The average molecular weight of glucose residue in starch is 162
e Tripalmitoylglycerol is used as an example

  1. Ορισμοί: Τα Απαραίτητα, τα μη Απαραίτητα και τα Λειτουργικά Αμινοξέα
    Με βάση τις ανάγκες της δίαιτας για την ισορροπία ή την ανάπτυξη του αζώτου, τα ΑΑ ταξινομήθηκαν παραδοσιακά ως θρεπτικά απαραίτητα (απαραίτητες) ή μη απαραίτητες (αναλώσιμες) ουσίες για τον άνθρωπο και τα ζώα (Εικ. 4).
    Τα απαραίτητα AA (essential amino acids, EAA) ορίζονται είτε ως εκείνα τα ΑΑ των οποίων οι σκελετοί άνθρακα δεν μπορούν να συντεθούν είτε εκείνα που συντίθενται ανεπαρκώς de novo από το σώμα σε σχέση με τις ανάγκες πλήρωσης και οι οποίες πρέπει να παρέχονται από τη διατροφή για να πληρούν τις βέλτιστες απαιτήσεις.
    Τα υπό όρους απαραίτητα AA είναι εκείνα που κανονικά μπορούν να συντεθούν σε επαρκείς ποσότητες από τον οργανισμό, αλλά που πρέπει να παρέχονται από τη διατροφή για την κάλυψη των βέλτιστων αναγκών υπό συνθήκες όπου τα ποσοστά χρησιμοποίησης τους είναι μεγαλύτερα από τα ποσοστά σύνθεσης τους.
    Ωστόσο, οι λειτουργικές ανάγκες (π.χ. η αναπαραγωγή και η πρόληψη ασθενειών) θα πρέπει επίσης να αποτελούν κριτήριο για την ταξινόμηση των βασικών ή υπό όρους ουσιωδών ΑΑ. Τα μη απαραίτητη AA (NEAA) είναι εκείνα τα AA που μπορούν να συντεθούν de novo σε επαρκείς ποσότητες από τον οργανισμό για να ανταποκριθούν στις βέλτιστες απαιτήσεις του.
    Θα πρέπει να αναγνωριστεί ότι όλα και τα 20 AA που απαντώνται στις πρωτεΐνες και οι μεταβολίτες τους είναι απαραίτητα για την κανονική φυσιολογία των κυττάρων και την λειτουργία τους [33, 34, 35].
    Ο ανώμαλος μεταβολισμός ενός ΑΑ διαταράσσει την ομοιόσταση ολόκληρου του σώματος, μειώνει την ανάπτυξη, και μπορεί ακόμη και να προκαλέσει και ασθένειες [36, 37, 38].
    Τα αυξανόμενα στοιχεία δείχνουν ότι εκτός από το ρόλο τους ως δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών και των πολυπεπτιδίων, μερικά ΑΑ είναι σημαντικοί ρυθμιστές των βασικών μεταβολικών οδών που είναι απαραίτητοι για τη συντήρηση, την αύξηση, την αναπαραγωγή, και την ανοσία στους οργανισμούς.
    Επομένως μεγιστοποιώντας την αποδοτικότητα της χρησιμοποίησης τροφίμων, και ενισχύοντας την πρωτεϊνική συσσώρευση και επικάθιση, μειώνοντας την παχυσαρκία, μπορεί να βελτιωθεί η γενική υγεία [39, 40, 41, 42].
    Τα λειτουργικά ΑΑ, περιλαμβάνουν την αργινίνη, την κυστεΐνη, την γλουταμίνη, την λευκίνη, την προλίνη, και την τρυπτοφάνη.

2.1 Οι Δυναμικές Μεταβολές των Αμινοξέων στα Φυσιολογικά Υγρά
Οι συγκεντρώσεις των ΑΑ στο πλάσμα διατηρούνται σχετικά σταθερές στη μετά-απορροφητική κατάσταση υγιών ενηλίκων.
Ωστόσο, τα επίπεδα κυκλοφορίας των περισσότερων AA υφίστανται σημαντικές μεταβολές κατά τη διάρκεια της νεογνικής περιόδου, υπό καταβολικές συνθήκες και σε ασθένειες [43, 44, 45].
Οι δυναμικές αλλαγές των ΑΑ στα φυσιολογικά υγρά υποστηρίζουν την άποψη ότι αυτά τα θρεπτικά συστατικά διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη και την ανάπτυξη του εμβρύου και των νεογνών.

2.2 Διαοργανικός Μεταβολισμός των Αμινοξέων και ο Εκτεταμένος Καταβολισμός τους στο Έντερο
Αρκετά NEAA (συμπεριλαμβανομένης της γλουταμίνης, γλουταμινικό, και ασπαρτικό), εκτεταμένα οξειδώνονται από απορροφητικά επιθηλιακά κύτταρα (εντεροκύτταρα) του λεπτού εντέρου όλων των θηλαστικών, έτσι ώστε σχεδόν όλα τους σε μια συμβατική διατροφή και στην ελεύθερη κρυσταλλική μορφή τους δεν εισέρχονται στην πυλαία φλέβα και δεν περνούν από το ήπαρ [46, 47].
Αζωτούχα προϊόντα περιλαμβάνουν ορνιθίνη, κιτρουλίνη, αργινίνη, και αλανίνη. Το λεπτό έντερο χρησιμοποιεί γλουταμίνη τόσο από την αρτηριακή κυκλοφορία και τον εντερικό αυλό, αλλά καταλαμβάνει γλουταμινικό οξύ και ασπαρτικό μόνο από τον εντερικό αυλό. Η κυκλοφορούσα γλουταμίνη συντίθεται από διακλαδωμένη αλυσίδα AA (BCAA) και α-κετογλουταρικό (που προέρχεται κυρίως από γλυκόζη) στους σκελετικούς μυς, λιπώδη ιστό, καρδιά και πλακούντα [30, 48]. Για περισσότερες πληροφορίες αντράξτε στην μελέτη ανασκόπησης της διεθνούς βιβλιογραφίας με τίτλο: «Η Γλουταμίνη και ο Ρόλος της στην Λειτουργία του Οργανισμού στην Πρόληψη και Θεραπεία: ο Μηχανισμός Απορρόφησης και Δράσης».
Τα εντεροκύτταρα υποβαθμίζουν επίσης ενεργά την προλίνη μέσω της οδού προλιναξιδάσης για την παραγωγή ορνιθίνης, κιτρουλίνης και αργινίνης (Wu 1997). Σε ενήλικα θηλαστικά, η κιτρουλίνη που απελευθερώνεται από το λεπτό έντερο μετατρέπεται σε αργινίνη κυρίως σε νεφρά και, σε μικρότερο βαθμό, σε άλλους τύπους κυττάρων (συμπεριλαμβανομένων των ενδοθηλιακών κυττάρων, λευκοκυττάρων και λείων μυϊκών κυττάρων) (Εικ. 1).
Η οξείδωση της προλίνης και αργινίνης στο CO2 περιορίζεται στα κύτταρα του βλεννογόνου του εντέρου λόγω της χαμηλής δραστικότητας της πυρρολίνης-5-καρβοξυλικής αφυδρογονάσης [47].
Μια συναρπαστική νέα πτυχή της διατροφής με τα ΑΑ είναι η διαπίστωση ότι το 30-50% των EAA στη διατροφή καταβολίζεται από το λεπτό έντερο στο μεταβολισμό πρώτης διέλευσης [46, 47]
Η έννοια του μεταβολισμού των AA στο έντερο έχει σημαντικές επιπτώσεις για την κατανόηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης AA και τον καθορισμό των απαιτήσεων πρωτεΐνης / AA από τον άνθρωπο και τα ζώα. Η αμμωνία που παράγεται από εντερικό καταβολισμό των ΑΑ είτε εισέρχεται στην πυλαία φλέβα ή χρησιμοποιείται τοπικά για τη σύνθεση ουρίας [49]. Η παρουσία ενός λειτουργικού κύκλου ουρίας στα εντεροκύτταρα χρησιμεύει ως η πρώτη γραμμή άμυνας κατά της τοξικότητας της αμμωνίας στα θηλαστικά
Η μελέτη των Stoll et al. (1998) [46] απέδειξε ότι το 50% της λυσίνης και της μεθειονίνης, το 45% της φαινυλαλανίνης και το 60% της θρεονίνης στη διατροφή εξήχθησαν στο μεταβολισμό πρώτης διέλευσης από το PDV των χοίρων που τρέφονται με πρωτεΐνες γάλακτος, με το 30% των εκχυλισμένων ΑΑ να καταβολούνται από το λεπτό έντερο. Επιπλέον, van Goudoever et al. (2000) [50] διαπίστωσε ότι η εντερική οξείδωση της εντερικής λυσίνης συνέβαλε το ένα τρίτο της συνολικής οξείδωσης της λυσίνης του σώματος σε αναπτυσσόμενους χοίρους που τρέφονται με δίαιτα υψηλής περιεκτικότητας σε πρωτεΐνες. Συλλογικά, τα in vivo ευρήματα υποδεικνύουν εκτεταμένη οξείδωση των EAA στο έντερο.

  1. Η οδός mTOR
    Στην μελέτη ανασκόπησης της διεθνούς βιβλιογραφίας από τους Stefan Bröer and Angelika Bröer [51], με τίτλο: «Η ομοιόσταση των αμινοξέων και η σηματοδότηση στα κύτταρα των θηλαστικών και στους οργανισμούς», αναλύοντας τις μελέτες των Bar-Peled L. and Sabatini D.M. … Anthony T.G. and Gietzen D.W. [52-254], οι συντάκτες της μελέτης αυτής περιγράφουν: «Οι κύριοι αγωγοί της σηματοδότησης αμινοξέων είναι οι αμινοξύ-δεσμευτικές πρωτεΐνες, συμπεριλαμβανομένων των ενζύμων και των μεταφορέων, και τα μόρια tRNA. Η δέσμευση αμινοξέων ή η έλλειψη δέσμευσης ενεργοποιεί συμβάντα μεταγωγής σήματος.
    Τα περισσότερα από αυτά τα γεγονότα μπορούν να γίνουν κατανοητά από την άποψη της ομοιόστασης αμινοξέων, δηλαδή την παροχή μιας ενδοκυτταρικής ή ενδοπλασματικής ομάδας αμινοξέων για τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών και το μεταβολισμό.
    Η οδός mTOR — πιο συγκεκριμένα το σύμπλεγμα mTORC1 — είναι ο πιο γνωστός αισθητήρας αμινοξέων [52-56]. Μέσω του καταρράκτη effector p70S6 κινάσης και του άμεσου στόχου 4E-δεσμευτική πρωτεΐνη 1 (4E-BP1), ρυθμίζεται η μετάφραση πρωτεϊνών, ενώ, μέσω της αλληλεπίδρασης με το ulk1 (UNC51-όπως κινάση 1)/atg13 (autophagy 13)/FIP200 (εστιακή κινάση-αλληλεπίδραση πρωτεΐνη 200 kDa) συγκρότημα, ρυθμίζεται η αυτοφαγία [57].
    Σε γενικές γραμμές, ένα ενεργό σύμπλεγμα mTORC1 θα προωθήσει τη βιοσύνθεση πρωτεΐνης και θα υποτάξει την αυτοφαγία, ενώ ένα ανενεργό σύμπλεγμα mTORC1 κάνει ακριβώς το αντίθετο.
    Αξίζει να σημειωθεί ότι το mTORC1 ενσωματώνει πολλά σήματα μέσω αυτού που ρυθμίζονται από το σύμπλεγμα της σωληνώδους σκλήρυνσης 2 (TSC2) [58-61]. Για παράδειγμα, το mTORC1 απαιτεί έμμεση ενεργοποίηση μέσω της πρωτεϊνικής κινάσης AKT (αυξητικοί παράγοντες) ή του ERK (μιτογόνα), το οποίο με τη σειρά του φωσφορυλοποιεί και αδρανοποιεί το TSC2 [62].
    Η υπομονάδα TSC2 έχει δραστηριότητα GTPase προς τον ενεργοποιητή MTORC1 Rheb (ο ομόλογος Ras εμπλουτισμένος στον εγκέφαλο), αδρανοποιώντας έτσι το Rheb με την υδρόλουση του ligand GTP σε GDP (Εικ. 4). Έτσι, το mTORC1 μπορεί να ενεργοποιηθεί μόνο με αμινοξέα για όσο διάστημα το TSC2 παραμένει ανενεργό. Εκτός από την έλλειψη αδρανοποιημένων σημάτων, το TSC2 μπορεί να ενεργοποιηθεί μέσω του AMPK, απενεργοποιώντας έτσι το mTORC1 όταν εξαντλείται η ενέργεια [63, 64].

Εικ. 4 Ανίχνευση αμινοξέων από το σύμπλεγμα mTORC1

Εικ. 4 Ανίχνευση αμινοξέων από το σύμπλεγμα mTORC1.

Όταν τα αμινοξέα εξαντλούνται, το mTORC1 βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα και είναι ανενεργό. Η εξάντληση της ενέργειας μπορεί επίσης να απενεργοποιήσει τη σηματοδότηση mTORC1 μετατρέποντας το Rheb σε μορφή δεσμευμένη με το GTP. Παρουσία αυξητικών παραγόντων, το TSC2 είναι ανενεργό και το mTORC1 συνδέεται με το Rheb που συνδέεται με το GTP στην επιφάνεια των λυσοσωμάτων. Τα κυτταροπλασματικά αμινοξέα όπως η λευκίνη και η αργινίνη μπορούν να ενεργοποιήσουν το mTORC1 αναστέλλοντας το GATOR1. Αυτό αλλάζει την κατάσταση GTP/GDP-δεσμευμένων πρωτεϊνών RAG (πράσινο) και ενεργοποιεί mTORC1. Στο λυσοσώμα, η αργινίνη συνδέεται με τον SLC38A9, ο οποίος ενεργοποιεί το mTORC1 μέσω των σχετικών πρωτεϊνών.

Τα κύρια αμινοξέα που ενεργοποιούν mTORC1 είναι λευκίνη και αργινίνη [52, 53]. Το σύμπλεγμα mTORC1 διαθέτει για τα αμινοξέα αισθητήρες που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα, την κυτταροπλασματική μεμβράνη και στον αυλό των λυσοσωμάτων (Εικ. 4).

Οι ακριβείς μηχανισμοί της ανίχνευσης αμινοξέων από mTORC1 μόλις αρχίζουν να εξηγούνται. Όταν τα κύτταρα στερούνται αμινοξέων, το mTORC1 βρίσκεται σε όλο το κυτταρόπλασμα. Μετά την προσθήκη αμινοξέων, mTORC1 μετατοπίζεται γρήγορα στην λυσοσωμική επιφάνεια, όπου ενεργοποιείται από Rheb [65].

Άλλα σχετικά στοιχεία είναι η μεμβρανική H+-ATPase, το σύμπλεγμα ragulator Rag GTPase (Rag A/B και C/D) και η lysosomal arginine transceptor (ορισμός βλέπε παρακάτω) SLC38A9. Αυτή η  lysosomal arginine transceptor φαίνεται να είναι ο λυσοσωμικός αισθητήρας αργινίνης [66, 67, 68 14–16]. Προς υποστήριξη της έννοιας της ανίχνευσης λυσοσωμικά των αμινοξέων, η εξάντληση των λυσοσωμικών αμινοξέων μέσω της υπερέκφρασης του λυσοσωμικού μεταφορέα αμινοξέων πρωτονίων PAT1 (SLC38A1) απενεργοποιεί τη σηματοδότηση mTORC1 [69].

Η φόρτωση των λυσοσωμάτων με λευκίνη γίνεται μέσω πρωτεόλυσης, αλλά διαμεσολαβείται επίσης από τον ετερομερή μεταφορέα 4F2hc-LAT1 (βλ. παρακάτω), ο οποίος προσλαμβάνεται στη λυσοσωμική μεμβράνη από την πρωτεΐνη LAPTM4b [70]. Ένας λυσοσωμικός αισθητήρας λευκίνης δεν έχει προσδιοριστεί ακόμα.

Τα επίπεδα των κυτταροπλασματικών αμινοξέων πιστεύεται ότι αλλάζουν την κατάσταση του Rag GTPase που συνδέεται με το mTORC1. Η λιμοκτονία προκαλεί μια GDP-δεσμευόμενη κατάσταση, η οποία αλλάζει γρήγορα σε μια GTP-δεσμευόμενη κατάσταση, όταν πλέον τα επίπεδα αμινοξέων είναι επαρκή.

Η εναλλαγή μεταξύ του GDP και του GTP φαίνεται να ρυθμίζεται από συνδεδεμένες πρωτεΐνες που εμπλέκονται άμεσα στην ανίχνευση αμινοξέων.

Τα Castor1 1 ομοδιμερή ή Castor1/2 ετεροδιμερή δρουν ως κυτταροπλασματικές αργινίνη-δεσμευτικές πρωτεΐνες για να ενεργοποιήσουν το mTORC1 [71]. Η ενεργοποίηση διαμεσολαβείται μέσω Gator1 ή/και GATOR2.

Το σύμπλεγμα GATOR1, με τη σειρά του, αναστέλλει τη δραστηριότητα του mTORC1 με την υδρόλυση του GTP που συνδέεται με το Rag στο GDP. Το Sestrin2 θεωρείται ότι δρα ως κυτταροπλασματική πρωτεΐνη δέσμευσης της λευκίνης, ρυθμίζοντας επίσης το mTORC1 μέσω του GATOR1 ή/και 2 [72, 73]. Ορισμένες πτυχές αυτού του μοντέλου εξακολουθούν να αμφισβητούνται και έχουν προταθεί εναλλακτικά μοντέλα [54, 74].

Πιο συγκεκριμένα, η σύνθεση λευκυλο-tRNA (LARS) έχει προταθεί ως ο κυτταροπλασματικός αισθητήρας της λευκίνης για το mTORC1 που ενεργεί ως πρωτεΐνη ενεργοποίησης της GTPase (GAP) για Ragd [75]. Σε μια άλλη παραλλαγή, ο ρόλος της Sestrin ως πιθανού αισθητήρα της λευκίνης έχει αμφισβητηθεί [76] λόγω των πολλαπλών ρόλων της στην κυτταρική σηματοδότηση του στρες και επειδή το σύμπλεγμα mTORC1 φαίνεται να αισθάνεται λευκίνη χωρίς τις ισομορφές της Sestrin. Ο ρόλος των μεταφορέων/πομποδεκτών σε αυτό το μοντέλο είναι επίσης ακόμη ασαφής. Με βάση την εργασία στη Drosophila και αργότερα στα καρκινικά κύτταρα, η ομάδα του Goberdhan [54, 77] διαπίστωσε ότι οι λυσοσωμικοί μεταφορείς αμινοξέων πρωτονίων 1 και 4 (PAT1/4) απαιτήθηκαν για τη σηματοδότηση αμινοξέων από το mTORC1, χωρίς να το απενεργοποιήσουν.

3.1 GCN2 (general control μη αποσυμπιεζόμενα 2)/μη φορτισμένα-tRNAs

Ενώ οι απαντήσεις mTORC1 βελτιστοποιούνται για να αντιληφθούν την επάρκεια αμινοξέων, το σύστημα GCN2 (general control μη αποσυμπιεζόμενα 2)/ATF4 στα κύτταρα των θηλαστικών έχει εξελιχθεί για να αντιλαμβάνονται τον περιορισμό αμινοξέων ή ακριβέστερα την ανισορροπία αμινοξέων [78, 79, 80].

Οι κύριες συνέπειές της είναι η μείωση της γενικής μετάφρασης και ταυτόχρονα η αύξηση της δεξαμενής των αμινοξέων μέσω της αύξησης της βιοσύνθεσης και της μεταφοράς των αμινοξέων (Εικ. 5).

Οποιαδήποτε εξάντληση ενός συγκεκριμένου αμινοξέως θα οδηγήσει τελικά σε εκφορτωμένα tRNAs. Λόγω του εκφυλισμού του γενετικού κώδικα, υπάρχουν αρκετοί ισοδέκτες-tRNAs για τα περισσότερα αμινοξέα. Αυτά ανταγωνίζονται μεταξύ τους για τα ίδια αμινοξέα στο κυτταρόπλασμα [81].

 Η ποσότητα του μη φορτωμένου tRNA εξαρτάται από την προσφορά ενός συγκεκριμένου tRNA που προκύπτει από την εκφόρτωση του αμινοξέος του στο ριβοσώμα και τη ζήτηση από τις ανταγωνιστικές συνθετάσεις αμινοακυλο-tRNA.

Έχει αποδειχθεί στο Escherichia coli και στη μαγιά ότι η μείωση της προσφοράς αμινοξέων οδηγεί γρήγορα στην εμφάνιση μη φορτωμένων tRNAs, ιδιαίτερα των συχνά χρησιμοποιούμενων κωδικονίων (codons) [81].

Uncharged tRNAs είναι σημαντικά μόρια σηματοδότησης, δεδομένου ότι μπορούν να συνδεθούν και να ενεργοποιήσουν την πρωτεϊνική κινάση GCN2. Η πρωτεΐνη-στόχος για το ενεργοποιημένο GCN2 είναι ο ευκαρυωτικός παράγοντας έναρξης 2α  (eIF2α),ο οποίος μπορεί επίσης να φωσφορυλιωθεί από άλλες πρωτεϊνικές κινάσες που ενεργοποιούνται από το στρες. Σε όλες τις περιπτώσεις, η έναρξη της μετάφρασης μειώνεται, μειώνοντας έτσι τη ζήτηση αμινοξέων.

Το GCN2 αποτελείται από διάφορους τομείς [82], εκ των οποίων ο τομέας που μοιάζει με ιστιδύλ-tRNA θεωρείται ότι παρέχει το σημείο σύνδεσης για μη uncharged tRNAs, το οποίο ενεργοποιεί τον τομέα της πρωτεϊνικής κινάσης.

Τα UnchargedtRNAs έτσι χρησιμεύουν ως υποκατάστατα μέτρα και σταθμά για την εξάντληση αμινοξέων.

Ενώ η συντριπτική πλειοψηφία των mRNAs μεταφράζονται λιγότερο όταν το GCN2 ενεργοποιείται, συγκεκριμένα mRNAs που περιέχουν το καταρράκτη ανοικτών πλαισίων ανάγνωσης (upstream open reading frames, uORFs) στην πραγματικότητα μεταφράζονται πιο αποτελεσματικά, με αποτέλεσμα την παραγωγή του παράγοντα μεταγραφής ATF4, ο οποίος με τη σειρά του έχει δεσμευτικές τοποθεσίες στην περιοχή του προαγωγέα πολλών γονιδίων που αποκαθιστούν τα επίπεδα αμινοξέων, όπως οι μεταφορείς αμινοξέων και τα ένζυμα που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση αμινοξέων (που περιγράφεται με περισσότερες λεπτομέρειες παρακάτω).

Εικ. 5. Ρύθμιση της πρωτεϊνικής μετάφρασης στο στάδιο έναρξης

Εικ. 5. Ρύθμιση της πρωτεϊνικής μετάφρασης στο στάδιο έναρξης. Για να ξεκινήσει η μετάφραση, το ανώτατο όριο (m7G) mRNA πρέπει να σχηματίσουν ένα σύμπλεγμα με eIF4A/G/E (που ονομάζεται eIF4F), η οποία διευκολύνεται από φωσφορυλίωση της πρωτεΐνης 4E-BP1 που δεσμεύει το eIF4E μέσω της δράσης του mTORC1. Αυτό το συγκρότημα συνδέεται με την ριβοσωμική υπομονάδα 40S, η οποία αρχίζει τη σάρωση του mRNA μέχρι να φτάσει στο κωδικόνιο (codon) εκκίνησης. Σε αυτό το σημείο eIF2α· GTP· Met-tRNAiMet μπορεί να συνδεθεί με το εναρκτήριο codon, με αποτέλεσμα το σχηματισμό του πλήρους ριβοσώματος και την έναρξη της μετάφρασης. Σε αυτή τη διαδικασία, το ΕΤΕ2α·GTP υδρολύεται σε eIF2α·GDP, το οποίο πρέπει να επαναφορτιστεί σε α του ΕΤΕΑα· GTP μέσω της δράσης του eIF2B για την έναρξη μιας άλλης εκδήλωσης της μετάφρασης (elongation phase). Όταν το GCN2 ενεργοποιείται από μη φορτισμένα tRNAs, φωσφοριλυώνεί το eIF2α, αναστέλλοντας έτσι την εναλλαγή από το GDP πίσω στο GTP.

3.2 Οι Υποδοχείς των Συζευγμένων με την G-πρωτεΐνη

Αρκετοί υποδοχείς της κατηγορίας G-πρωτεϊνών (GPRs) έχουν προσδιοριστεί ως υποδοχείς αμινοξέων [83, 84]. Σε αυτή την οικογένεια, οι μεταβολοτροποιητικοί  υποδοχείς γλουταμινικού ανταποκρίνονται ειδικά στο γλουταμινικό, διαμορφώνοντας τη νευροδιαβίβαση σε πιο αργή χρονική κλίμακα από τα γρήγορα κανάλια ιόντων με ιονισμένο γλουταμινικό [85].

Ο υποδοχέας γεύσης T1R1/T1R3, ο υποδοχέας ασβεστίου και το GPRC6A, αντίθετα, ανταποκρίνονται σε μια ποικιλία αμινοξέων [84]. Πιο πρόσφατα, ο Gpr142 έχει προσδιοριστεί ως αισθητήρας για τα αρωματικά αμινοξέα [86].

Αυτοί οι υποδοχείς έχουν έναν συστηματικότερο ρόλο στην ομοιόσταση αμινοξέων, ρυθμίζοντας την πρόσληψη τροφής και την έκκριση ορμονών, ιδιαίτερα στο έντερο [87, 88].

Οι υποδοχείς γεύσης έχουν αποδειχθεί ότι δεσμεύουν αμινοξέα και φαίνεται να ρυθμίζουν πολλά στοιχεία στην ομοιόσταση αμινοξέων.

Η αυξημένη έκφραση του παράγοντα μεταγραφής ATF2 – η οποία απαιτείται για τις αποκρίσεις εξάντλησης αμινοξέων και των γονιδίων όπως ATF3, CHOP, SARS και 4EBP-1 — διαμεσολαβείται από μια οδό μεταγωγής σήματος που φαίνεται να περιλαμβάνει ένα αμινοξύ για την ανίχνευση GPR [89].

3.3 Οι Πομποδέκτες

Οι μεταφορείς περνούν από έναν κύκλο των αλλαγών της διαμόρφωσης τους κατά τη διάρκεια της μεταφοράς, ο οποίος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να μεταφέρει τα σήματα για την αφθονία θρεπτικών συστατικών, παρόμοια με GPR.

Ωστόσο, αυτός ο τρόπος άμεσης σηματοδότησης είναι δύσκολο να κάνει διακρίσεις από την έμμεση σηματοδότηση από τα μεταφερόμενα αμινοξέα μέσω αγωγών όπως το mTORC1 ή το GCN2.

Ένας διπλός τρόπος μεταφοράς και σηματοδότησης έχει ονομαστεί πομποδέκτης [90, 91, 92].

Τα καλύτερα στοιχεία για τη λειτουργία του πομποδέκτη στα κύτταρα των θηλαστικών προέρχονται από την προσαρμοστική ρύθμιση του SNAT2 [93]. Αυτός ο μεταφορέας εκφράζεται σε χαμηλά επίπεδα σε πλήρωση αμινοξέων, αλλά η δραστηριότητά του επάγεται πολλές φορές από την εξάντληση των αμινοξέων [94]. Ο έλεγχος είναι περίπλοκος δεδομένου ότι περιλαμβάνει την αυξανόμενη μεταγραφή [95], την αυξανόμενη πρωτεϊνική μετάφραση [94], την αυξανόμενη σταθερότητα του mRNA και τη μειωμένη πρωτεϊνική αποικοδόμηση [96].

Οι περισσότερες από αυτές τις λειτουργίες μπορούν να κατασταλούν με την προσθήκη υποστρωμάτων του μεταφορέα, γεγονός που υποδηλώνει μια άμεση λειτουργία σηματοδότησης του μεταφορέα.

Ορισμένες από αυτές τις επιδράσεις μεσολαβούν μέσω GCN2, αλλά και το ανάλογο υπόστρωμα N-μεθυλο-αμινισοβουϋρικό οξύ που εμποδίζει την έκφραση, αν και μεταφέρεται πολύ αργά και δεν χρησιμοποιείται για την βιοσύνθεση πρωτεΐνης.

Ένα άλλο παράδειγμα ενός πομποδέκτη είναι το SLC38A9, το οποίο μεσολαβεί στην λυσοσωμική σηματοδότηση αργινίνης [66, 67], αλλά έχει επίσης τη λειτουργία και της μεταφοράς. Ωστόσο, η απελευθέρωση αργινίνης στην κυτταρόπλασμα είναι απίθανο να παράσχει αυτό το σήμα. Ο τρόπος μετάδοσης σημάτων SNAT2 και SLC38A9 παραμένει ασαφής.

3.4 Τα Αλλοστερικά Ένζυμα

Μια σημαντική πτυχή της σηματοδότησης αμινοξέων είναι η αλλοστερική ρύθμιση των μεταβολικών ενζύμων από τα ίδια τα αμινοξέα ή τους μεταβολίτες τους.

Τα πιο γνωστά παραδείγματα στα κύτταρα θηλαστικών είναι η καρβαμοϋλοφωσφορική συνθετάση (CPS1) [97] και η γλουταμινική αφυδρογονάση (GDH) [98]. Η CPS1 ελέγχει την είσοδο αμινομάδων στον κύκλο της ουρίας και προσαρμόζει την παραγωγή ουρίας στον επιπολασμό του γλουταμινικού και αργινίνης στο ήπαρ [99].

Η γλουταμινική αφυδρογονάση ρυθμίζεται από τη λευκίνη, είτε ρυθμίζοντας τα επίπεδα γλουταμινικού και τη δραστηριότητα του κύκλου ουρίας στο ήπαρ [100] είτε ρυθμίζοντας την είσοδο γλουταμινικού στον κύκλο του Krebs [101].

4. Η Ομοιόσταση των Κυτταρικών Αμινοξέων

Διάφοροι παράγοντες ρυθμίζουν την ομοιόσταση αμινοξέων στα κύτταρα: (4.1) είσοδο και έξοδο μέσω των μεταφορέων των αμινοξέων. (4.2) Την βιοσύνθεση και αποικοδόμηση αμινοξέων και (4.3) την βιοσύνθεση και αποικοδόμηση πρωτεϊνών.

4.1 Η Είσοδος και Έξοδος μέσω των Μεταφορέων των Αμινοξέων

Στη μελέτη των μεταφορέων των αμινοξέων στα κύτταρα των θηλαστικών πρωτοστάτησε ο Halvor Christensen [102], ο οποίος αναγνώρισε ότι ορισμένες ομάδες αμινοξέων ανταγωνίζονται μεταξύ τους για την πρόσληψη στα κύτταρα.

Πιο λεπτομερείς μελέτες αποκάλυψαν πολλές μεταφορικές δραστηριότητες, οι οποίες στη συνέχεια επιβεβαιώθηκαν από τη μοριακή κλωνοποίηση, αν και σημαντικές βελτιώσεις έγιναν εμφανείς μέσω της μοριακής ταυτοποίησης [103, 104, 105].

Οι γνωστοί μεταφορείς αμινοξέων και οι κύριες ιδιότητές τους παρατίθενται στην Εικ. 6. Ένα από τα πιο αινιγματικά ευρήματα που προέρχονται από τη μοριακή κλωνοποίηση και το χαρακτηρισμό των μεταφορέων των αμινοξέων ήταν ο επιπολασμός των μεταφορέων αμινοξέων που μεσολαβούν στην υποχρεωτική ανταλλαγή αμινοξέων αντί των καθαρών μηχανισμών μεταφοράς, τα μέλη των οποίων είναι άφθονα σε πολλούς τύπους κυττάρων. Αυτό έρχεται σε πλήρη αντίθεση με τη μεταφορά της γλυκόζης, η οποία έχει χρησιμεύσει ως πρότυπο για την ομοιόσταση ενός μεταβολίτη για πολλά χρόνια [106].

Εικ. 6 Οι μεταφορείς αμινοξέων και πεπτιδίων και οι ιδιότητές τους

SLCAcronymSubstratesFunctionMechanismLoc
SLC1A1EAAT3D,E,CnSystem XAGS: 3Na+/1H+ A:1K+PM
SLC1A2EAAT2D,ESystem XAGS: 3Na+/1H+ A:1K+PM
SLC1A3EAAT1D,ESystem XAGS: 3Na+/1H+ A:1K+PM
SLC1A4ASCT1A,S,CSystem ASCAntiporterPM
SLC1A5ASCT2A,S,C,T,QSystem ASCAntiporterPM
SLC1A6EAAT4D,ESystem XAGS: 3Na+/1H+ A:1K+PM
SLC1A7EAAT5D,ESystem XAGS: 3Na+/1H+ A:1K+PM
SLC3A1rBATTraffickingHeavy chains ofPM
SLC3A24F2hcsubunitsHeteromeric AA TransporterPM
SLC6A5GlyT2GSystem GlyS: 3Na+/1ClPM
SLC6A7PROTPProline transporterS: 2Na+/1ClV
SLC6A9GlyT1GSystem GlyS: 2Na+/1ClPM
SLC6A14ATB0,+All neutral and cationicSystem B0,+S: 2Na+/1ClPM
SLC6A15B0AT2P,L,V,I,MSystem B0S: 1Na+PM
SLC6A17NTT4/B0AT3L,M,P,C,A,Q,S,H,GSystem B0S: 2Na+/1ClPM/V
SLC6A18XT2/B0AT3G, ASystem GlyS: 2Na+/1ClPM
SLC6A19B0AT1All neutralSystem B0S: 1Na+PM
SLC6A20SIT1PSystem IMINOS: 2Na+/1ClPM
SLC7A1CAT-1K,R,OSystem y+UniporterPM
SLC7A2CAT-2K,R,OSystem y+UniporterPM
SLC7A3CAT-3K,R,OSystem y+UniporterPM
SLC7A4CAT-4UnknownUnknownUnknownPM
SLC7A5LAT1/4F2hcH,M,L,I,V,F,Y,WSystem LAntiporterPM
SLC7A6y+LAT2/4F2hcK,R,Q,H,M,LSystem y+LS:AA0-Na+ A:AA+PM
SLC7A7y+LAT1/4F2hcK,R,Q,H,M,L,A,CSystem y+LS:AA0-Na+ A:AA+PM
SLC7A8LAT2/4F2hcAll neutral except PSystem LAntiporterPM
SLC7A9b0,+AT/rBATR,K,O,CnSystem b0,+AntiporterPM
SLC7A10Asc-1/4F2hcG,A,S,C,TSystem ascAntiporterPM
SLC7A11xCT/4F2hcD,E,CnSytem xcAntiporterPM
SLC7A12Asc-2G,A,S,C,TSystem ascAntiporterPM
SLC7A13AGT1/rBATCnRenal cystine transporterAntiporterPM
SLC7A14K,R,OSystem cUniporterL
SLC15A1PEPT1Di-, Tri-peptidesIntestinal peptide transporterS: H+PM
SLC15A2PEPT2Di-, Tri-peptidesRenal peptide transporterS: H+PM
SLC15A3PHT2Di-, Tri-peptidesLysosomal peptide transporterS: H+L
SLC15A4PHT1Di-, Tri-peptidesLysosomal peptide transporterS: H+L
SLC16A10TAT1W,Y,FSystem TUniporterPM
SLC17A6VGLUT2EVesicular Glu transporterUniporterV
SLC17A7VGLUT1EVesicular Glu transporterUniporterV
SLC17A8VGLUT3EVesicular Glu transporterUniporterV
SLC25A2ORC2K,R,H,O,CitOrn/Cit carrierAntiporterM
SLC25A12AGC1D,EAsp/Glu carrierAntiporterM
SLC25A13AGC2D,EAsp/Glu carrierAntiporterM
SLC25A15ORC1K,R,H,O,CitOrn/Cit carrierAntiporterM
SLC25A18GC2EGlu carrierA: OHM
SLC25A22GC1EGlu carrierA: OHM
SLC32A1VIAATG,GABAVesicular Gly/GABA transporterA: H+V
SLC36A1PAT1G,P,AProton amino acid transporterS: H+PM,L
SLC36A2PAT2G,P,AProton amino acid transporterS: H+PM
SLC36A3PAT3UnknownUnknownUnknownPM
SLC36A4PAT4P,WAmino acid sensorUnknownPM,L
SLC38A1SNAT1G,A,N,C,Q, H,MSystem AS:Na+PM
SLC38A2SNAT2G,P,A,S,C,Q,N,H,MSystem AS:Na+PM
SLC38A3SNAT3Q,N,HSystem NS:Na+ A:H+PM
SLC38A4SNAT4G,A,S,C,Q,N,MSystem AS:Na+PM
SLC38A5SNAT5Q,N,H,ASystem NS:Na+ A:H+PM
SLC38A6SNAT6UnknownUnknownUnknownPM
SLC38A7SNAT7Q,N,H,A,S,DUnknownS:Na+PM
SLC38A8SNAT8Q,A,R,H,DSystem AS:Na+PM
SLC38A9Q,R,NLysosomal transporterS:Na+L
SLC38A10UnknownUnknownUnknown
SLC38A11UnknownUnknownUnknown
SLC43A1LAT3L,I,M,F,VSystem LUniporterPM
SLC43A2LAT4L,I,M,F,VSystem LUniporterPM
CTNSCystinosinCnLysosomal transporterS: H+L

Εικ. 6 Οι μεταφορείς αμινοξέων και πεπτιδίων και οι ιδιότητές τους. Επεξηγήσεις: Cn, cystine; O, ornithine; Cit, citrulline; GABA, γ-aminobutyric acid. The column ‘function’ includes reference to amino acid transport systems. These systems have acronyms indicating the substrate specificity of the transporter. Upper case symbols indicate Na+-dependent transporters (with the exception of system L, T and the proton amino acid transporters); lower case is used for Na+-independent transporters (for example asc, y+ and xc). Letters X or x indicate transporters for anionic amino acids (as in XAG and xc). The subscript AG indicates that the transporter accepts aspartate and glutamate; the subscript c indicates that the transporter also accepts cystine. Letter y+ refers to Na+-independent transporters for cationic amino acids; B or b refers to amino acid transporters of broad specificity with superscript ‘0’ indicating a transporter accepting neutral amino acids and superscript ‘+’ indicating a transporter for cationic amino acids. T stands for a transporter for aromatic amino acids, and system N indicates selectivity for amino acids with nitrogen atoms in the side-chain. In the remaining cases, the preferred substrate is indicated by the one letter code for amino acids. For example, system L refers to a leucine preferring transporter and system ASC refers to a transporter preferring alanine, serine and cysteine. Proline and hydroxyproline are referred to as imino acids. Due to historic idiosyncrasies, the nomenclature for plasma membrane amino acid transport systems is not completely consistent, but widely used in the field. Column mechanism: S, symport; A, antiport. Column localisation: PM, plasma membrane; V, vesicular; L, lysosomal; M, mitochondrial.

Η γλυκόζη συσσωρεύεται ενεργά από τους συνπομποδέκτες Na+–γλυκόζης, οι οποίοι χρησιμοποιούν την ηλεκτροχημική διαφορά δυναμικού του Na+ για να οδηγήσουν στη συσσώρευση γλυκόζης μέσα στο κύτταρο, κυρίως στα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου και των νεφρών.

Μόλις συσσωρευτεί στο εντερικό και νεφρικό επιθήλιο, η γλυκόζη κατανέμεται έπειτα κατά μήκος της διαφοράς της συγκέντρωσής της μέσω πολλαπλών μεταφορέων (uniporters) (επίσης γνωστή ως διευκολυμένη διάχυση) που εξασφαλίζουν την παροχή της γλυκόζης σε όλα τα κύτταρα στο σώμα.

Αυτό το απλό και αποτελεσματικό σύστημα εφαρμόζεται μόνο εν μέρει στα αμινοξέα, κυρίως επειδή η ομάδα των 20 πρωτεϊνογόνων αμινοξέων πρέπει να διατηρηθεί στο κυτταρόπλασμα. Αντίθετα, τα κύτταρα των θηλαστικών δεν διατηρούν σημαντική δεξαμενή ελεύθερης γλυκόζης στο κυτταρόπλασμα, λόγω της παρουσίας εξηκινάσης, η οποία μετατρέπει αμέσως τη γλυκόζη σε γλυκόζη-6-φωσφορικό.

Τα πρώιμα γλυκολυτικά ενδιάμεσα προϊόντα της γλυκόζης-6-φωσφορικών και φρουκτόζης-6-φωσφάτης σχηματίζουν μάλλον μια μεταβολική δεξαμενή, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διαφορετικές μεταβολικές οδούς.

Στην περίπτωση των αμινοξέων, τα κύτταρα πρέπει να εξασφαλίζουν μια ομοιοστατική δεξαμενή των 20 πρωτεϊνογόνων αμινοξέων μέσα στο κύτταρο για να φορτίσουν τα μόρια tRNA για τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Η συσσώρευση των μη φορτισμένων tRNAs προκαλεί μια αντίδραση στρες, όπως περιγράφεται παραπάνω.

Επιπλέον, οι συγκεντρώσεις αμινοξέων στο κυτταρόπλασμα είναι σημαντικά υψηλότερες από ό,τι στο αίμα [107, 108]. Η χρήση πολλαπλών μεταφορέων (uniporters) (διευκόλυνση της διάχυσης) θα μείωναν επομένως τις ενδοκυτταρικές συγκεντρώσεις αμινοξέων.

Το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει ∼50 διαφορετικούς μεταφορείς αμινοξέων, πολλοί από τους οποίους εκτελούν εξειδικευμένους ρόλους σε επιλεγμένους τύπους κυττάρων [103, 109, 110].

Οι μεταφορείς αμινοξέων που εκφράζονται συνεχώς και με υψηλή συγκέντρωση είναι οι: ASCT1, ASCT2, LAT1, y+LAT2, PAT4 (λυσοσωμικός), SNAT1, SNAT2, SNAT6, SNAT7 και SLC38A9 (λυσοσωμικός). Αυτό το μείγμα αντιμεταφορέων και na+-εξαρτώμενων συνμεταφορέων μπορεί να συνδυαστεί για να παράγει την δεξαμενή των αυξημένων συγκεντρώσεων αμινοξέων στο κυτταρόπλασμα (Εικ. 7).

Για να καταδειχθεί ο μηχανισμός της ομοιόστασης αμινοξέων με περισσότερες λεπτομέρειες, χρησιμοποιείται το παράδειγμα των κυττάρων της σειράς οστεοσάρκωμα 143B [111], τα οποία εκφράζουν ένα τόσο απλό σύνολο μεταφορέων αμινοξέων. Ωστόσο, ένα παρόμοιο σύνολο μεταφορέων εκφράζεται σε πολλές καρκινικές κυτταρικές σειρές [110] και επίσης στους μυς (βλ. παρακάτω).

Στα κύτταρα 143B, το Na+-ουδέτερο αμινοξύ symporter 1 (SNAT1) μεσολαβεί στη μεταφορά μικρών υδρόφιλων ουδέτερων αμινοξέων και τα συσσωρεύει στο κυτταρόπλασμα (Εικ. 7). Αυτός ο μεταφορέας έχει οριστεί ως «φορτωτής». Μόλις φορτωθούν στο κυτταρόπλασμα, αυτά τα αμινοξέα χρησιμοποιούνται ως νόμισμα ανταλλαγής για να μεσολαβούν στην πρόσληψη άλλων μικρών ουδέτερων αμινοξέων μέσω των εναλλακτών αμινοξέων ASCT1 [112 60] ή ASCT2 [113].

Οι εναλλακτές χρησιμοποιούνται επίσης για τη μεσολαβητή πρόσληψη μεγάλων διακλαδισμένης αλυσίδας και αρωματικών αμινοξέων μέσω της δράσης των ετερομερικών εναλλακτών αμινοξέων 4F2hc-LAT1 [114, 115] και 4F2hc-LAT2 [116, 117].

Εικ. 7  Ένα γενικό μοντέλο συσσώρευσης αμινοξέων σε μη επιθηλιακά κύτταρα

Εικ. 7 Ένα γενικό μοντέλο συσσώρευσης αμινοξέων σε μη επιθηλιακά κύτταρα. Το μοντέλο κάνει χρήση των φορτωτών αμινοξέων, τα οποία συσσωρεύονται για μια συγκεκριμένη ομάδα αμινοξέων στο κυτταρόπλασμα. Ως επί το πλείστον, η Na +-ηλεκτροχημική διαφορά δυναμικού χρησιμοποιείται για την ενεργό μεταφορά των αμινοξέων. Μια δεύτερη ομάδα μεταφορέων είναι οι εναρμονιστές, οι οποίοι ανταλλάσσουν ένα αμινοξύ με ένα άλλο και έχουν επικαλυπτόμενα υποστρώματα με φορτωτές αμινοξέων. Ο μηχανισμός ανταλλαγής εξασφαλίζει ότι αποφεύγεται η εξάντληση ενός συγκεκριμένου αμινοξέως. Υπό συνθήκες εξάντλησης αμινοξέων, οι μεταφορείς διάσωσης είναι επάγονται ιδιαίτερα για να φέρουν περισσότερα αμινοξέα.

Πρέπει να υπάρχει επικάλυψη της ιδιαιτερότητας του υποστρώματος μεταξύ φορτωτών και εναλλακτών. Οι εναλλακτές αμινοξέων κυριαρχούν όταν η μεταφορά αναλύεται χρησιμοποιώντας ραδιοσημασμένα αμινοξέα, αποδεικνύοντας ότι οι διαδικασίες ανταλλαγής είναι ταχύτερες από την καθαρή πρόσληψη που μεσολαβούν από na+-ουδέτερο αμινοξύ-symporters (συνμεταφορείς) [111].

Αυτό εξασφαλίζει ένα εναρμονισμένο μείγμα και των 20 αμινοξέων. Για παράδειγμα, εάν η λευκίνη εξαντλείται στο εσωτερικό του κυττάρου μέσω της πρωτεϊνικής βιοσύνθεσης και του μεταβολισμού, οι πιθανότητες μεταφοράς αυτού του αμινοξέος έξω από το κύτταρο είναι ελάχιστες, ενώ οι πιθανότητες εισαγωγής έναντι ενός άφθονου ενδοκυτταρικού αμινοξέως είναι πολύ υψηλότερες. Ως αποτέλεσμα, η δεξαμενή της λευκίνης θα αποκατασταθεί αυτόματα.

Αυτοί οι μεταφορείς χαρακτηρίζονται και ως «εναρμονιστές», επειδή αποκαθιστούν αυτόματα ένα εναρμονισμένο μείγμα όλων των μεταφερόμενων υποστρωμάτων.

Τρία αμινοξέα είναι πιο άφθονα στο πλάσμα του αίματος από άλλα αμινοξέα, δηλαδή, η γλυκίνη, η αλανίνη και η γλουταμίνη. Όλα αυτά είναι υποστρώματα του Na +-ουδέτερο αμινοξύ-symporters, όπως SNAT1, και συσσωρεύονται σε ακόμη υψηλότερες συγκεντρώσεις εντός του κυττάρου, όπου χρησιμεύουν ως νόμισμα ανταλλαγής για να οδηγήσουν την πρόσληψη άλλων αμινοξέων [118, 119, 120].

Η Γλυκίνη, η αλανίνη και η γλουταμίνη είναι επίσης μη απαραίτητα αμινοξέα και μπορεί να συντεθούν μέσα στο κύτταρο για τον σκοπό της ανταλλαγής. Άλλα αμινοξέα μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως υποστρώματα ανταλλαγής, π.χ. η ασπαραγίνη [121].

Υποστηρίζοντας αυτή την έννοια, η σύνθεση των περισσότερων μη απαραίτητων αμινοξέων προκαλείται από τον περιορισμό αμινοξέων [122]. Ο περιορισμός αμινοξέων προκαλεί επίσης την αυξημένη επαγωγική ρύθμιση των μεταφορέων όπως SNAT2, το οποίο θα βοηθήσει στη φόρτωση των αμινοξέων στο κυτταρόπλασμα (οριζόμενος ως μεταφορείς διάσωσης) [98].

Η ομοιόσταση των κατιονικών (θετικά φορτισμένων) αμινοξέων είναι ελαφρώς διαφορετική λόγω της θετικής φόρτισης που σχετίζεται με λυσίνη, αργινίνη και ορνιθίνη (Εικ. 7). Στα μη επιθηλιακά κύτταρα, οι μεταφορείς κατιονικών αμινοξέων (CAT 1–3) εκφράζονται και μεσολαβούν στη διευκολυνόμενη διάχυση [123]. Ωστόσο, η διευκόλυνση της διάχυσης είναι αθροιστική λόγω του εσωτερικού αρνητικού δυναμικού της μεμβράνης των κυττάρων θηλαστικών [124].

Αξίζει να σημειωθεί ότι οι μεταφορείς κατιονικών αμινοξέων μπορούν επίσης να μεσολαβούν στην ανταλλαγή αμινοξέων και να ρυθμιστούν με βάση την στέρηση αμινοξέων [125]. Ως αποτέλεσμα, μπορούν να χρησιμεύσουν επίσης ως φορτωτές, εναρμονιστές και διασώστες ενός μορίου. Ακόμη για τα κατιονικά αμινοξέα, πολλά κύτταρα εκφράζουν ετερομερείς αντιμεταφορείς όπως 4F2hc-y+LAT2, το οποίο μεσολαβεί την εκροή των κατιονικών αμινοξέων σε αντάλλαγμα για ουδέτερα αμινοξέα συν Na+ [126].

Λόγω της διαφοράς συγκέντρωσης του Na+, ευνοείται μια ροή ουδέτερων αμινοξέων στο κυτταρόπλασμα. Η θετική φόρτιση του Na+ εξισορροπείται από την εκροή των κατιονικών αμινοξέων. Έτσι, φαίνεται ότι τα κυτταρικά επίπεδα των κατιονικών αμινοξέων εξισορροπούνται από την καθαρή εισαγωγή μέσω της CAT1-3, την καθαρή εξαγωγή μέσω 4F2hc-y+LAT2 και το μεταβολισμό (Εικ. 7).

Τα ανιονικά αμινοξέα εξωθούνται κανονικά από τα κύτταρα των θηλαστικών λόγω του αρνητικού τους φορτίου. Αυτό μπορεί να συμβεί κάτω από ακραίες συνθήκες ως μηχανισμός διάσωσης, όπως το οίδημα των κυττάρων [127].

Υπό φυσιολογικές συνθήκες, η μεταφορά των ανιονικών αμινοξέων πραγματοποιείται σε συνμεταφορά με 3 ιόντα Na+ και 1 H+, και σε αντάλλαγμα για 1K+ (Εικ. 7) [128].

Αυτός ο μηχανισμός όχι μόνο αντισταθμίζει τις αρνητικές επιβαρύνσεις του γλουταμινικού και ασπαρτικού, αλλά παρέχει επίσης εκτεταμένη πρόσθετη κινητήρια δύναμη για τη συσσώρευση ανιονικών αμινοξέων στο κυτταρόπλασμα, ενδεχομένως έως και ένα εκατομμύριο φορές.

Ο μηχανισμός είναι ιδιαίτερα σημαντικός στον εγκέφαλο, όπου το γλουταμινικό ως νευροδιαβιβαστής πρέπει να εκκαθαριστεί από τον εξωκυτταρικό χώρο στα υποπολικά επίπεδα [129].

Ωστόσο, στα περισσότερα άλλα κύτταρα, η ισχυρή αθροιστική δύναμη των μεταφορέων γλουταμινικού φέρει τον κίνδυνο για οίδημα των κυττάρων λόγω υπερβολικής συσσώρευσης γλουταμινικού.

Το ασπαρτικό δεν είναι πολύ άφθονο στο πλάσμα του αίματος, αλλά η συγκέντρωση γλουταμινικού μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 100 μM. Ως αποτέλεσμα, το γλουταμινικό οξύ είναι το προεξέχον αμινοξύ σε πολλά κύτταρα, αλλά η συγκέντρωσή του είναι στην περιοχή 5-10mM, που ισοδυναμεί με μια μέτρια συσσώρευση 100 φορές.

Τέσσερις μηχανισμοί αποφεύγουν την υπερβολική συσσώρευση γλουταμινικού στο κυτταρόπλασμα. Πρώτον, οι Na +-εξαρτώμενοι μεταφορείς γλουταμινικού (οικογένεια SLC1) παρουσιάζουν μια ισχυρή τάση για ανταλλαγή, η οποία αυξάνεται με τη συσσώρευση ενδοκυτταρικού υποστρώματος [130].

Δεύτερον, εκτός από τα αστροκύτταρα στον εγκέφαλο, η έκφραση του μεταφορέα γλουταμινικού είναι μάλλον χαμηλή.

Τρίτον, το γλουταμινικό οξύ μπορεί να φύγει το κύτταρο μέσω των εναλλακτών αμινοξέων και των μη ειδικών μεταφορέων ανιόντων.

Συγκεκριμένα, το 4F2hc-xCT, το οποίο ανταλλάσσει ενδοκυτταρικό γλουταμινικό οξύ με την εξωκυτταρική κυστίνη− [131], είναι άφθονο σε πολλά καρκινικά κύτταρα. Η κυστίνη με τη σειρά της μειώνεται αμέσως σε κυστεΐνη στο εσωτερικό του κυτταροπλάσματος. Αυτός είναι ένας σημαντικός μηχανισμός για τη διατήρηση της γλουταθειόνης και παρέχει μια σταθερή οδό διαρροής για γλουταμινικό έξω από το κύτταρο [132].

Τέταρτον, το γλουταμινικό μεταβολίζεται ενεργά μέσω του κύκλου του Krebs. Έτσι, φαίνεται ότι η ισορροπία γλουταμινικού στα κύτταρα καθορίζεται από την εισροή μέσω Na+-εξαρτώμενων μεταφορέων γλουταμινικού (οικογένεια SLC1), η οποία περιορίζεται γρήγορα από την ανταλλαγή, εκροή μέσω των οδών όπως ο ετερομερικός εναλλακτής γλουταμινικού-κυστίνης 4F2hc-xCT και η αφαίρεση μέσω του μεταβολισμού.

4.2 Η Βιοσύνθεση και η Αποικοδόμηση των Αμινοξέων

4.2.1 Η Βιοσύνθεση

Τα μη απαραίτητα αμινοξέα μπορούν να συντεθούν από μια ποικιλία κυττάρων. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι πολλές οδοί ενεργοποιούνται από την ένδεια αμινοξέων, κυρίως από την συνθετάση της ασπαραγίνης (ASNS), η οποία παράγει ασπαραγίνη από ασπαράτη χρησιμοποιώντας γλουταμίνη ως δότη της αμινομάδας αμινοξέων [79].

Εκτός από το πάγκρεας, οι περισσότεροι ιστοί εκφράζουν χαμηλά επίπεδα του ενζύμου, αλλά η έκφρασή του αυξάνεται σημαντικά κάτω από τον περιορισμό αμινοξέων. Αυτό διαμεσολαβείται από δύο στοιχεία απόκρισης θρεπτικών συστατικών στον υποκινητή του γονιδίου ASNS [79].

Αρχικά, ένα στοιχείο απόκρισης αμινοξέων (AARE) ανιχνεύθηκε στη θέση −68/−60 και αργότερα ένα άλλο στοιχείο απόκρισης θρεπτικών συστατικών (CARE) εντοπίστηκε στη θέση −48/−40 [CARE: CCAAT/enhancer-binding protein (C/EBP)-–ATF response element].

Μέσα σε 45 λεπτά της εξάντλησης των αμινοξέων, ο παράγοντας ATF4 ( συνδέεται με την περιοχή CARE και αυτό ξεκινά τη μεταγραφή του ASNS [81]. Η παραγωγή της ασπαραγίνης υπό συνθήκες εξάντλησης αμινοξέων έχει επίσης νόημα σε συνδυασμό με το σύνολο των μεταφορέων που απαιτούνται για την ομοιόσταση αμινοξέων που περιγράφεται παραπάνω.

Η ασπαραγίνη είναι ένα υπόστρωμα για ASCT2, όπου μπορεί να χρησιμεύσει ως υπόστρωμα ανταλλαγής για να φέρει και άλλα αμινοξέα που απαιτούνται για την ανάπτυξη των κυττάρων [121].

Η μετάφραση του ίδιου του ATF4 ρυθμίζεται από τη διαθεσιμότητα αμινοξέων μέσω ενός μεταφραστικού μηχανισμού που ρυθμίζεται από το uORF. Οι Atf4-δεσμευτικές περιοχές βρίσκονται σε προαγωγείς των γονιδίων που κωδικοποιούν τα βιοσυνθετικά ένζυμα των περισσότερων μη απαραίτητων αμινοξέων και πολλούς μεταφορείς των αμινοξέων [133, 134].

Στην περίπτωση της προλίνης, αποδείχθηκε ότι η ενδοκυτταρική συγκέντρωση προλίνης αυξήθηκε κατά τρόπο εξαρτώμενο από τον ATF4 [135, 136, 137]. Παρόμοια με την ασπαραγίνη και η σερίνη, δεν είναι ένα απαραίτητο αμινοξύ, αλλά η σημαντική ροή ατόμων άνθρακα από την γλουταμίνη εκτρέπονται για την σύνθεση της προλίνης σε ταχέως πολλαπλασιάζονται κύτταρα.

Ο λόγος αυτής της μεταβολικής ροής παραμένει σε μεγάλο βαθμό άγνωστος, αλλά ο ειδικός ρόλος της προλίνης, για παράδειγμα για τη διατήρηση των βλαστικών κυττάρων, είναι γνωστός, αποσαφηνισμένος και απόλυτα καθιερωμένος [137, 138].

Η βιοσύνθεση της σερίνης ρυθμίζεται επίσης από τον παράγοντα μεταγραφής ATF4 και τον αλληλοεπιδρώντα συνεργάτη τον πυρηνικό παράγοντα μεταγραφής nuclear factor erythroid-2-related factor 2 (NRF2) [139]. Παρεμπιπτόντως, η σερίνη είναι επίσης ένα υπόστρωμα ανταλλαγής για ASCT2 και μπορεί να εξυπηρετήσει έναν παρόμοιο ρόλο για την πρόσληψη άλλων αμινοξέων μέσω διαδικασιών ανταλλαγής.

Οι αμινοτρανσφεράσες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην ομοιόσταση αμινοξέων, επειδή η σύνθεση de novo αμινοξέων από οργανικά οξέα απαιτεί τη μεταφορά μιας αμινομάδας των αμινοξέων, η οποία πρέπει να προέρχεται από άλλο αμινοξύ [140].

Ορισμένα ένζυμα, όπως η συνθετάση της γλουταμίνης και η GDH, μπορούν να χρησιμοποιήσουν ιόντα αμμωνίου (NH4+), τα οποία τελικά προέρχονται επίσης από άλλα αμινοξέα.

Εν ολίγοις, η βιοσύνθεση των μη απαραίτητων αμινοξέων είναι μια ενεργή διαδικασία σε πολλούς τύπους κυττάρων και συμβάλλει στη διατήρηση των ενδοκυτταρικών επιπέδων αμινοξέων. Σχεδόν όλες οι οδοί επάγονται από τον παράγοντα μεταγραφής ATF4, και αυτό προκαλείται από τον περιορισμό των αμινοξέων.

4.2.2 Η Αποικοδόμηση

Τα αμινοξέα μπορούν να οξειδωθούν σε πολλά κύτταρα και είναι σημαντικά αναπληρωτικά υποστρώματα για τα ενδιάμεσα στάδια κύκλου του Krebs (TCA). H οξείδωση τους  λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια, αλλά ο μηχανισμός μεταφοράς για τα περισσότερα αμινοξέα στα μιτοχόνδρια είναι άγνωστη.

Σχεδόν όλα τα κύτταρα είναι σε θέση να οξειδώνουν τα αμινοξέα διακλαδισμένης αλυσίδας (BCAAs), αλλά πρέπει να εξισορροπήσουν τη χρήση αυτών των απαραίτητων αμινοξέων για την αναπλήρωση, την παραγωγή ενέργειας και τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών για να αποφύγουν την εξάντληση [141, 142].

Ο μεταβολισμός των τριών BCAAs, λευκίνη, ισολευκίνη και βαλίνη, ρυθμίζεται συντονισμένα μέσω του συμπλέγματος της διακλαδωμένης αλυσίδας κετο-οξύ αφυδρογονάσης (BCKD), το δεύτερο βήμα στην οδό διάσπασης για BCAAs (Εικ. 8) [143]. Αυτό το σύμπλεγμα είναι ανάλογο με το σύμπλεγμα πυρουβικής αφυδρογονάσης, καταλύοντας την οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση των κετο-οξέων διακλαδωμένης αλυσίδας σε coA-παράγωγα του μικρότερου οργανικού οξέος ενός άνθρακα.

Το BCKD ελέγχεται αυστηρά μέσω φωσφορυλίωσης της υπομονάδας E1 από την κινάση BCKD και για την αποφωσφορυλίωση από την πρωτεΐνη φωσφατάση PP2Cm (Εικ. 8) [144].

Εικ. 8 Ο αυτοέλεγχος του μεταβολισμού των αμινοξέων

Εικ. 8 Ο αυτοέλεγχος του μεταβολισμού των αμινοξέων. Στο πρώτο βήμα του μεταβολισμού τους, τα BCAA μετατρέπονται στα αντίστοιχα κετο-οξέα, μέσω της BCAA τρανσαμινάσης. Το δεύτερο βήμα είναι η οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση σε coenzyme A θειοεστέρες, των αμινοξέων βραχείας αλυσίδας μέσω της BCAA dehydrogenase (BCKD). Το άλφα ισοκαπροϊκό δημιουργείται από την λευκίνη, και είναι ένας δυνητικά ενργοποιητής της πρωτεϊνικής φωσφατάσης PP2Cm και αντίστοιχα αναστολέας της BCKD-κινάσης. Αυτές οι δύο ενέργειες αποφοσφωρυλιώνουν το BCKD και το ενεργοποιούν. Η ένδεια σε BCAA έχει ως αποτέλεσμα  την παύση του μεταβολισμού μέσω των ανάστροφων μηχανισμών και γεγονότων.

Στο πρώτο στάδιο του μεταβολισμού, τα BCAAs μεταμορφώνονται στα αντίστοιχα κετο-οξέα διακλαδωμένης αλυσίδας (BCKAs). Είναι ενδιαφέρον ότι, η μιτοχονδριακή BCAA τρανσαμινάση (BCAT2) έχει μια ATF4-δεσμευτική περιοχή στον προαγωγέα της, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα BCAAs μπορεί να χρησιμεύσουν και ως δωρητές αμινομάδας των αμινοξέων για τη σύνθεση των μη απαραίτητων αμινοξέων.

Το βασικό επίπεδο έκφρασης του BCAT2 είναι υψηλό. Το αποτέλεσμα αυτού είναι, τα επίπεδα του BCKA να αντικατοπτρίζουν την αφθονία των BCAAs. Το α-Ketoisocaproate, που παράγεται από λευκίνη, είναι ένα βασικός αλλοστερικός ρυθμιστής της κινάσης BCKD και PP2Cm σε αντίθετες κατευθύνσεις. Ενεργοποιεί την PP2Cm και αναστέλλει την BCKD κινάση.

Αυτό εξασφαλίζει ότι η περίσσεια των BCAAs οξειδώνονται, αλλά οποιαδήποτε εξάντληση θα οδηγήσει γρήγορα σε διακοπή του μεταβολισμού. Η λευκίνη είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο αμινοξύ για τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών στον άνθρωπο [145] και το πιο συχνά κωδικοποιημένο απαραίτητο αμινοξύ σε μια μεγάλη ποικιλία ζώων [146], ενώ τα κυτταροπλασματικά επίπεδα όλων των BCAAs είναι παρόμοια.

Έτσι, είναι πιθανό ότι η λευκίνη είναι ο πιο ευαίσθητος δείκτης της εξάντλησης BCAA.

5. Η Πρωτεϊνική Βιοσύνθεση και Αποικοδόμηση

Η πρωτεϊνική βιοσύνθεση και η αποικοδόμηση είναι σημαντικοί παράγοντες στην ομοιόσταση των αμινοξέων και επομένως ρυθμίζονται στενά από τη διαθεσιμότητα αυτών (Εικ. 5) [147, 148, 149, 150]. Για να ξεκινήσει η μετάφραση, το eIF2 που συνδέεται με GTP και πρέπει να σχηματίσει ένα σύμπλεγμα με τον εκκινητή μεθειονίνη-tRNA.

Μαζί με άλλους παράγοντες έναρξης και την ριβοσωμική υπομονάδα 40S, σχηματίζεται ένα σύμπλεγμα προ-έναρξης 43S. Το συγκρότημα αυτό θα συνδεθεί με τη δομή των συμβατικά μεταφρασμένων mRNAs με τη βοήθεια του συγκροτήματος EIF4F, το οποίο περιλαμβάνει το ΕΤΕ4(A,G,E).

Η μετάφραση μπορεί να απενεργοποιηθεί μέσω της κατάσχεσης του eIF4E από το 4E-BP1. Αυτή η δέσμευση ρυθμίζεται από φωσφορυλίωση του 4E-BP1, η οποία όταν είναι φωσφορυλιωμένη δεν είναι σε θέση να δεσμεύσει το eIF4E. Η πρωτεΐνη 4E-BP1 αποτελεί στόχο της κινάσης σερίνης/θρεονίνης-mTORC1.

Το σύμπλεγμα πρωτεϊνικής κινάσης mTORC1 όχι μόνο ρυθμίζει την έναρξη της μετάφρασης μέσω φωσφορυλίωσης 4E-BP1, αλλά και μέσω του καταρράκτη της  κινάσης p70S6K1, η οποία με τη σειρά της φωσφορυλοποιεί το eIF4B και το PDCD4 [151]. Το PdcD4 δεσμεύει σε μη φωσφορυλιωμένη κατάσταση το eIF4A και EIF4G, αναστέλλοντας έτσι τη δέσμευση του mRNA [152].

Όταν το σύμπλεγμα προ-έναρξης 43S αναγνωρίζει τον codon έναρξης AUG, το GTP συνδεδεμένο με το eIF2α υδρολύεται στο GDP και το GDP-eiF2α απελευθερώνεται για να επιτρέψει τη συναρμολόγηση ενός πλήρους ριβοσώματος.

Όταν η μετάφραση είναι «on», το eIF2α ανακυκλώνεται στη μορφή του που συνδέεται με το GTP μέσω της σύνδεσης με την πρωτεΐνη eIF2B και της ανταλλαγής των νουκλεοτιδίων της γουανίνης. Η φωσφορυλίωση του GDP-eIF2α στη θέση σερίνη 51 από πρωτεϊνικές κινάσες, όπως GCN2 και PERK, αναστέλλει την ανταλλαγή από το GDP-δεσμευμένο eIF2α στο eIF2α δεσμευμένο από το GTP με την παρέμβαση και την αλληλεπίδρασή του με την πρωτεΐνη eIF2B και της ανταλλαγής νουκλεοτιδίων της γουανίνης [153].

Ως εκ τούτου, το ΕΤΕ2α παραμένει δεσμευμένο με το GDP και δεν είναι διαθέσιμο για τη διαμόρφωση του ΕΤΕ2α· GTP· Σύμπλεγμα-Met-tRNAiMet, με αποτέλεσμα να απενεργοποιείται η μετάφραση.

Αυτές οι πρωτεϊνικές κινάσες ενεργοποιούνται κατά τη διάρκεια του κυτταρικού στρες, όπως για παράδειγμα σε προβλήματα αναδίπλωσης πρωτεϊνών στο ενδοπλασματικό δίκτυο (PERK) ή στην έλλειψη και ένδεια αμινοξέων στο κυτταρόπλασμα (GCN2).

Έτσι, μια ποικιλία ερεθισμάτων μειώνουν τη μετάφραση, για παράδειγμα η έλλειψη αμινοξέων (μέσω mTORC1), οι ανισορροπίες της σύνθεσης αμινοξέων (μέσω GCN2) και η υπερφόρτωση της αναδίπλωσης πρωτεϊνών στο ενδοπλασματικό δίκτυο (μέσω PERK).

Ταυτόχρονα, επιλεγμένα αντίγραφα μεταφράζονται πιο ενεργά, και οι προκύπτουσες πρωτεΐνες βελτιώνουν την ένδεια των αμινοξέων ή την ανισορροπία τους. Ως χαρακτηριστικό γνώρισμα, αυτά τα αντίγραφα έχουν συνήθως δύο σύντομα ORF (open reading frame, ανοικτό πλαίσιο ανάγνωσης) upstream (uORF) του codon έναρξης της καθορισμένης πρωτεΐνης (Εικ. 9) [109.115]. Ο κύριος παράγοντας μεταγραφής, ο οποίος συντονίζει τις απαντήσεις στην ένδεια αμινοξέων, είναι ο ATF4 και το mRNA του έχει μια τέτοια δομή [154, 155].

Το δεύτερο uORF επικαλύπτει με το ATF4 το codon έναρξης και δρα ως ισχυρός αναστολέας της μετάφρασης ATF4. Μετάλλαξη της έναρξης codon αυξάνει την μετάφραση του ATF4 περισσότερο από 30 φορές. Το πρώτο uORF δεν έχει ιδιαίτερη επίδραση έως ότου το eIF2α φωσφορυλιωθεί. Όταν το eIF2α· GTP· η διαθεσιμότητα του Met-tRNAiMet μειώνεται λόγω φωσφορυλίωσης του eIF2α, η μετάφραση του ATF4 mRNA αυξάνεται ∼10 φορές.

Αυτό είναι προφανώς λιγότερο από τη μετάφραση από ένα uORF-ελεύθερο mRNA, αλλά επιτρέπει την επιλεκτική μετάφραση υπό συνθήκες στρες. Ο μηχανισμός απεικονίζεται στην Εικ. 9: υπό συνθήκες μη στρεσαρισμένης κατάστασης, η ριβοσωμική υπομονάδα 40S σαρώνει κατά μήκος του mRNA μέχρι να φτάσει στο codon εκκίνησης uORF1 ακολουθούμενο από συναρμολόγηση του πλήρους ριβοσώματος και έναρξη μετάφρασης με το eIF2α· GTP· Met-tRNAiMet.

Το ριβόσωμα αποσυναρμολογεί στο τέλος του uORF1, αλλά η υπομονάδα 40S παραμένει στο mRNA και σαρώνει περαιτέρω. Στο uORF2, το ριβοσώμα συναρμολογείται και ξεκινά τη μετάφραση.

Λόγω μηχανισμών που δεν είναι σαφείς, αυτή η μετάφραση θα τερματιστεί αμέσως μετά. Έτσι, η ίδια η ATF4 δεν θα μεταφραστεί. Σε χαμηλά επίπεδα του eIF2α· GTP· Met-tRNAiMet, το ριβοσώμα αποτυγχάνει να συναρμολογηθεί εκ νέου κατά την έναρξη codon του uORF2 και συνεχίζει τη σάρωση μέχρι το ATF4 mRNA.

Αυτό παρέχει περισσότερο χρόνο για την ανακύκλωση του ΕΤΕ2α-GDP στο EIF2α-GTP. Η επέκταση της απόστασης μεταξύ uORF1 και uORF2 μειώνει την στρεσογόνο δράση του uORF1. Ένας εναλλακτικός μηχανισμός, που παρατηρείται στην περίπτωση του κατιονικού μέσου μεταφοράς αμινοξέων CAT1 και του ουδέτερου στο νάτριο μεταφορέα αμινοξέων SNAT2, και περιλαμβάνει την ανεξάρτητη μετάφραση από το ριβόσωμα, ξεκινώντας από την εσωτερική τοποθεσία της εισόδου του ριβοσώματος (IRES, Εικ. 9 C,D) [156].

Εικ. 9 Stress-induced translation of specific mRNAs

Εικ. 9 Stress-induced translation of specific mRNAs. Η μετάφραση που προκαλείται από το στρες χρησιμοποιεί τις ακολουθίες που προηγούνται του έναρξης-codon. Το mRNA του παράγοντα μεταγραφής ATF4, το οποίο συντονίζει τη μεταγραφή μιας ποικιλίας γονιδίων που εμπλέκονται στις απαντήσεις στρες, έχει δύο uORFs, αριθμημένα 1 και 2 στον αριθμό. Υπό κανονικές συνθήκες (Α), η μετάφραση ξεκινά από το σύντομο uORF1 και το ριβοσώμα αποσυναρμολογείται στο codon λήξης. Η υπομονάδα 40S παραμένει στο mRNA και επανεπιτιθώνει στο uORF2 εάν τα επίπεδα του eIF2α· GTP· Met-tRNAiMet είναι επαρκές (πράσινο ριβοσώματος), το οποίο είναι ασυμβίβαστο με τη μετάφραση του ATF4. Εάν τα επίπεδα του eIF2α· GTP· Met-tRNAiMet είναι χαμηλά (Β), η εκ νέου εισαγωγή καθυστερεί (ριβοσώμα κόκκινο), επιτρέποντας στο συγκρότημα να συναρμολογηθεί εκ νέου στο πιο μακρινό σωστό codon έναρξη για την ATF4 μετάφραση. Ένας εναλλακτικός μηχανισμός κάνει χρήση των uORFs για την αλλαγή της δευτερεύουσας δομής του mRNA (C και D). Όταν η μετάφραση είναι γρήγορη (C), το uORF1 μεταφράζεται, ενώ το κύριο ORF για τον κατιονικό αμινοξύ μεταφορέα CAT-1 σπάνια μεταφράζεται. Όταν η μετάφραση που εξαρτάται από το ανώτατο όριο είναι σπάνια λόγω των χαμηλών επιπέδων του eIF2α· GTP· Met-tRNAiMet, η δευτερεύουσα δομή mRNA αλλάζει, εκθέτοντας μια εσωτερική περιοχή εισόδου ριβοσώματος (IRES).  Αυτό χρησιμοποιείται για τη μετάφραση του CAT-1 πιο συχνά (D).

Σε αυτόν τον μηχανισμό, η κανονική μετάφραση των uORF εξαρτάται από το ανώτατο όριο και ευνοεί μια δομή mRNA, όπου το IRES είναι απρόσιτο. Λόγω της δευτερεύουσας δομής, η μετάφραση του κύριου ORF είναι σπάνια. Όταν η έναρξη της μετάφρασης εξαρτάται από το ανώτατο όριο είναι αργή υπό συνθήκες στρες, ευνοείται μια δευτερεύουσα δομή mRNA που εκθέτει το IRES, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τη μετάφραση του κύριου ORF (Σχήμα 6C, D). Ο ακριβής μηχανισμός ποικίλλει από γονίδιο σε γονίδιο [157], αλλά επιτρέπει την ενισχυμένη μετάφραση υπό συνθήκες στρες, όπως η εξάντληση αμινοξέων.

Upstream ORF και ATF4-δεσμευτικές τοποθεσίες βρίσκονται σε πολλά γονίδια, αλλά τα γονίδια που πραγματοποιούν την βιοσύνθεση των μη απαραίτητων αμινοξέων (ASNS, αλανίνη αμινοτρανσφεράση 2, PSAT, σερίνη υδροξυμεθυλοτρανσφεράση 2, πυρρολίνη-5-καρβοξυλικό αναγωγάση και γλουταμινικό-οξαλοοοοοξενάση τρανσαμινάση) και τα γονίδια που κωδικοποιούν τους μεταφορείς αμινοξέων (cat1, ASCT1, ASCT2, SNAT2, SNAT7, LAT1, EAAT5 και xCT) είναι ιδιαίτερα άφθονα [158].

Αυτός είναι ένας ιδιαίτερα χρήσιμος συνδυασμός, επειδή τα μη απαραίτητα αμινοξέα είναι σημαντικά ως υπόστρωμα ανταλλαγής για να φέρουν τα απαραίτητα αμινοξέα στο κυτταρόπλασμα.

5.1 Η Αποικοδόμηση των Πρωτεϊνών

Δύο κύριοι μηχανισμοί εμπλέκονται στην πέψη των πρωτεϊνών, δηλαδή το σύστημα λυσοσώματος-αυτοφαγίας και το σύστημα πρωτεασώματος-ubiquitin [158]. Η αυτοφαγία (πιο συγκεκριμένα μακροαυτοφάγα) είναι η διαδικασία με την οποία τα κυτταρικά διαμερίσματα, όπως οι μεμβράνες και οργανίδια, καθώς και τα αδρανή υλικά πρωτεΐνης, ανακυκλώνονται πίσω στα δομικά στοιχεία τους [129]. Η μικροαυτοφαγία αναφέρεται στην ανακύκλωση μεμονωμένων πρωτεϊνών.

Κατά τη διάρκεια της μακροαυτοφαγίας, τα κύτταρα σχηματίζουν διπλά κυστίδια με μεμβράνη, τα αυτοφαγοσώματα, που απομονώνουν τα οργανίδια, τις πρωτεΐνες ή μέρη του κυτταροπλάσματος και μεταφέρονται στα λυσοσώματα [160]. Το απομονωμένο περιεχόμενο ανοικοδομείται στα λυσοσώματα, επιτρέποντας στα κύτταρα να εξαλείψουν τα κατεστραμμένα ή επιβλαβή συστατικά μέσω καταβολισμού και ανακύκλωσης, για να διατηρήσουν τη θρεπτική και ενεργειακή τους ομοιόσταση [161].

Η διαδικασία είναι συστατική, αλλά ρυθμίζεται με βάση τον περιορισμό αμινοξέων μέσω της σηματοδότησης mTORC1 [162, 163, 164]. Σε συνθήκες που είναι επαρκείς για τα θρεπτικά συστατικά, το mTORC1 αλληλοεπιδρά με ένα σύμπλεγμα που περιέχει ULK1 και Atg13 μεταξύ άλλων πρωτεϊνών.

Μετά την αναστολή mTORC1, για παράδειγμα με εξάντληση αμινοξέων, το mTORC1 διαχωρίζεται από το σύμπλεγμα ULK, οδηγώντας σε αποφωσφορυλίωση των ειδικών καταλοίπων εντός ULK1 και ATG13, τα οποία είναι συνήθως φωσφορυλιωμένο από το mTORC1 [160]. Η εξάντληση των θρεπτικών συστατικών είναι ο πιο ισχυρός γνωστός φυσιολογικός επαγωγέας της αυτοφαγίας.

Οι μεταφορείς διαδραματίζουν βασικό ρόλο στην κυτταρική ομοιόσταση των αμινοξέων [165]. Σε αντίθεση με τη συσσώρευση κυτταροπλασματικά των αμινοξέων, φαίνεται πιθανό ότι τα λυσοσώματα χρησιμοποιούν ένα μοντέλο εξώθησης και εναρμόνισης των αμινοξέων και των πεπτιδίων (Εικ. 9).

Εικ. 9 Λυσοσωμική μεταφορά των αμινοξέων και των πεπτιδίων

Εικ. 9 Λυσοσωμική μεταφορά των αμινοξέων και των πεπτιδίων. Τα λυσσοσώματα οξεώνονται με την επίδραση κατιονικών ATP-ασών. Η διαφορά δυναμικού των κατιόντων χρησιμοποιείται για την εξώθηση αμινοξέων μέσω συνμετάφερων αμινοξέων πρωτονίων (PATs) ή πεπτιδίων/ιστιδίνης κατιονικών συμενταφορέων (PHT1/SLC15A4 και PHT2/SLC15A3). Άλλα αμινοξέα μπορούν να μεταφερθούν και στις δύο κατευθύνσεις μέσω των εναλλακτών. Το SLC38A9 είναι ο κύριος λυσοσωμικός αισθητήρας αργινίνης για το mTORC1. Snat4 και SNAT7 είναι λυσοσωμικοί μεταφορείς.

Σε αυτό το μοντέλο, τα αμινοξέα και τα πεπτίδια δημιουργούνται συνεχώς μέσω πρωτεόλυσης. Ορισμένες ομάδες αμινοξέων και πεπτιδίων απελευθερώνονται μέσω κατιονικών συνμεταφορέων. Μια επικάλυψη στην επιλεκτικότητα των υποστρωμάτων με αντι-μεταφορείς των αμινοξέων θα επέτρεπε την καθαρή εκροή όλων των αμινοξέων με την πάροδο του χρόνου.
Τα λυσοσώματα περιέχουν επαρκή Na+ [168] για την υποστήριξη των συνμεταφορέων Na+, που επιτρέπει το pH. Έχοντας θετική διαφορά δυναμικού στην εσωτερική μεμβράνη του οργανιδίου, τα κατιόντα εξωθούνται, ακόμη και χωρίς συν-μεταφορά πρωτονίων.
Ο μεταφορέας αμινοξέων πρωτονίων 1 (PAT1) μεσολαβεί στην πρόσληψη μικρών ουδέτερων αμινοξέων στο έντερο [169], αλλά μεσολαβεί επίσης και στην απελευθέρωση αυτών στα λυσοσώματα.
Το LAT1, ένας εναλλακτής αμινοξέων που βρίσκεται κανονικά στη μεμβράνη πλάσματος μαζί με την υπομονάδα 4F2hc, εντοπίστηκε επίσης στις λυσοσωμικές μεμβράνες, στις οποίες στοχεύει με τη βοήθεια της λυσοσωμικής πρωτεΐνης LAPTM4b. Φαίνεται πιθανό ότι η εκροή αμινοξέων από τα λυσοσώματα περιορίζει το ρυθμό για να διατηρήσει σημαντικά επίπεδα αμινοξέων εντός του λυσοσώματος για την ενεργοποίηση του mTORC1 [170].
Ενώ το λυσόσωμα υποβαθμίζει μεγάλα συγκροτήματα, συμπεριλαμβανομένων των πρωτεϊνών, η ελεγχόμενη υποβάθμιση των μεμονωμένων πρωτεϊνών διαμεσολαβείται από τα πρωτεοσώματα [171]. Οι πρωτεΐνες προορίζονται για την ανακύκλωση των αμινοξέων με ubiquitination χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ubiquitin ligases.
Η πρωτεΐνη ξετυλίγεται και απο-ubiquitinated πριν από την υδρόλυση σε πεπτίδια των 8-10 αμινοξέων [172]. Αυτά είτε χρησιμοποιούνται ως αντιγονικά πεπτίδια είτε αφομοιώνονται περαιτέρω σε μεμονωμένα αμινοξέα από κυτταροπλασματικές πεπτιδάσεις [172].
Οι μηχανισμοί που περιγράφονται παραπάνω μπορούν να ενσωματωθούν σε ένα γενικό μοντέλο κυτταρικής ομοιόστασης αμινοξέων (Εικ. 10): Υπό συνθήκες επαρκούς θρεπτικής κατάστασης, τα κύτταρα έχουν σταθερό κύκλο ανακύκλωσης των πρωτεϊνών και ανακυκλώνουν τα περισσότερα αμινοξέα (AA) με την πάροδο του χρόνου. Η κυτταρική πρωτεΐνη σχηματίζει ένα σημαντικό πολυμερές αποθήκευσης αμινοξέων. Η καθαρή απώλεια οφείλεται κυρίως στην οξείδωση αμινοξέων στα μιτοχόνδρια, η οποία αντισταθμίζεται μέσω της πρόσληψης αμινοξέων ή/και της βιοσύνθεσης.
Η ομοιόσταση επιτυγχάνεται μέσω της ανταλλαγής των απαραίτητων αμινοξέων (EAAs) με τα μη απαραίτητα αμινοξέα (NEAAs) και της μεταφοράς αμινομάδων από οξειδωμένα αμινοξέα στη βιοσύνθεση των αμινοξέων. Αυτή η κατάσταση ισορροπίας διατηρείται μέσω ενός ενεργού συγκροτήματος mTORC1. Υπό συνθήκες εξάντλησης των αμινοξέων, αδρανοποιείται το mTORC1.
Αυτό αυξάνει τη διάσπαση των κυτταρικών πρωτεϊνών μέσω αυτοφαγίας και μειώνει τη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών. Η οδός GCN2/ATF4 μπορεί να ενεργοποιηθεί επιπλέον, με αποτέλεσμα τη μεταγραφή γονιδίων που εμπλέκονται στη μεταφορά αμινοξέων και τη βιοσύνθεση των μη απαραίτητων αμινοξέων. Αυτά τότε χρησιμοποιούνται για την εισαγωγή των απαραίτητων αμινοξέων. Ο μεταβολισμός είναι αυτοελεγχόμενος για να ελαχιστοποιήσει την οξείδωση των αμινοξέων.

Εικ. 10 Κυτταρικές διεργασίες που εμπλέκονται στην ομοιόσταση αμινοξέων.

Εικ. 10 Κυτταρικές διεργασίες που εμπλέκονται στην ομοιόσταση αμινοξέων. Υπό συνθήκες επαρκούς θρεπτικής κατάστασης, τα κύτταρα έχουν σταθερό κύκλο ανακύκλωσης των πρωτεϊνών και ανακυκλώνουν τα περισσότερα αμινοξέα (AA) με την πάροδο του χρόνου. Η κυτταρική πρωτεΐνη σχηματίζει ένα σημαντικό πολυμερές αποθήκευσης αμινοξέων. Η καθαρή απώλεια οφείλεται κυρίως στην οξείδωση αμινοξέων στα μιτοχόνδρια, η οποία αντισταθμίζεται μέσω της πρόσληψης αμινοξέων ή/και της βιοσύνθεσης. Η ομοιόσταση επιτυγχάνεται μέσω της ανταλλαγής των απαραίτητων αμινοξέων (EAAs) με τα μη απαραίτητα αμινοξέα (NEAAs) και της μεταφοράς αμινομάδων από οξειδωμένα αμινοξέα στη βιοσύνθεση των αμινοξέων. Αυτή η κατάσταση ισορροπίας διατηρείται μέσω ενός ενεργού συγκροτήματος mTORC1. Υπό συνθήκες εξάντλησης των αμινοξέων, αδρανοποιείται το mTORC1. Αυτό αυξάνει τη διάσπαση των κυτταρικών πρωτεϊνών μέσω αυτοφαγίας και μειώνει τη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών. Η οδός GCN2/ATF4 μπορεί να ενεργοποιηθεί επιπλέον, με αποτέλεσμα τη μεταγραφή γονιδίων που εμπλέκονται στη μεταφορά αμινοξέων και τη βιοσύνθεση των μη απαραίτητων αμινοξέων. Αυτά τότε χρησιμοποιούνται για την εισαγωγή των απαραίτητων αμινοξέων. Ο μεταβολισμός είναι αυτοελεγχόμενος για να ελαχιστοποιήσει την οξείδωση των αμινοξέων.

6. Η Συστηματική Ομοιόσταση των Αμινοξέων

Η συστηματική ομοιόσταση αμινοξέων – ορίζεται ως ο έλεγχος των επιπέδων αμινοξέων στο πλάσμα – και ακολουθεί παρόμοιες αρχές όπως η κυτταρική ομοιόσταση, αλλά οι λειτουργίες διαχωρίζονται μεταξύ των οργάνων:

1) είσοδος (έντερο) και επαναπορρόφηση (νεφρός) μέσω μεταφορικών πεπτιδίων και αμινοξέων·

2) βιοσύνθεση και αποικοδόμηση αμινοξέων (όλα τα όργανα, κύκλος ουρίας στο ήπαρ).

3) βιοσύνθεση και αποικοδόμηση πρωτεϊνών (κυρίως στους μύες) και

4) ρύθμιση της πρόσληψης πρωτεϊνών και του μεταβολισμού από το κεντρικό νευρικό σύστημα (ΚΝΣ) και τις μεταβολικές ορμόνες.

Οι μηχανισμοί αυτοί ρυθμίζονται αυστηρά, με αποτέλεσμα τα επίπεδα αμινοξέων στο πλάσμα να είναι εντυπωσιακά σταθερά, ακόμη και υπό συνθήκες περιορισμού των πρωτεϊνών [172].

Στους ενήλικες για να αντικατασταθούν οι αναπόφευκτες απώλειες απαιτούνται 20-25g της πρωτεΐνης/ημέρας [173]. Ο συνολικός κύκλος ανακύκλωσης των πρωτεϊνών είναι πολύ υψηλότερος, ∼240g ανά ημέρα.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ενεργειακή περιεκτικότητα των πρωτεϊνών είναι η ίδια με εκείνη των υδατανθράκων (16-17 kJ/g), γεγονός που σημαίνει ότι τα θρεπτικά αμινοξέα μεταβολίζονται σχεδόν πλήρως σε CO2 και H2O όταν υπερβαίνουν την αντικατάσταση των αναπόφευκτων απωλειών πρωτεϊνών.

6.1 Η Είσοδος και Έξοδος μέσω των Μεταφορέων των Αμινοξέων και Πεπτιδίων στα Όργανα

Η διάσπαση της πρωτεΐνης διαμεσολαβείται αρχικά από γαστρικές και παγκρεατικές πεπτιδάσες με αποτέλεσμα να δημιουργούνται τα ολιγοπεπτίδια. Αυτά πέπτονται περαιτέρω από by membrane-anchored brush-border peptidases [174]. Τα τελικά προϊόντα της πέψης των πρωτεϊνών είναι αμινοξέα και δι- και τριπεπτίδια [175].

Οι μεταφορείς επιθηλιακών αμινοξέων διαφέρουν από τους μεταφορείς αμινοξέων σε μη πολωμένα κύτταρα (Εικ. 11) [176].

Οι σχετικοί μεταφορείς αμινοξέων παρατίθενται στον Εικ. 6. Στην apical μεμβράνη του εντέρου, βρίσκονται ξεχωριστοί μεταφορείς για ανιονικά αμινοξέα (EAAT3) [177], τα κατιονικά αμινοξέα (ο ετερομερικός μεταφορέας rbat/b0,+AT) [178], ουδέτερα αμινοξέα (το ετερομερές μεταφορικό ένζυμο B0AT1/angiotensin μετατροπέας 2) [179], την προλίνη, την γλυκίνη (PAT1 και SIT1) [135,158] και τα δι- και τριπεπτίδια τα οποία μεταφέρονται με το PEPT1 [180].

Όλοι αυτοί οι μεταφορείς συσσωρεύουν το υπόστρωμα μέσα στο κύτταρο μέσω των διάφορων μηχανισμών. Οι B0AT1, EAAT3 και SIT1 χρησιμοποιούν την ηλεκτροχημική διαβάθμιση της Na+-ηλεκτροχημικής ισχύος με διαφορετικές στοιχειομετρίες (Εικ. 6). Το Pept1 και PAT1 είναι συν-μεταφορείς πρωτονίων που εκμεταλλεύονται το χαμηλό εξωκυτταρικό pH στο έντερο. Τέλος, b0,+AT είναι ένας εναλλακτής αμινοξέων που ανταλλάσει κατιονικά αμινοξέα σε αντάλλαγμα για ουδέτερα αμινοξέα.

Εικ. 11 Η μεταφορά των αμινοξέων στα επιθηλιακά κύτταρα

Εικ. 11 Η μεταφορά των αμινοξέων στα επιθηλιακά κύτταρα. Η apical και basolateral μεμβράνη των επιθηλιακών κυττάρων είναι προικισμένη με διαφορετικά σύνολα μεταφορικών όντων. Οι μεταφορείς apical μεταφέρουν ενεργά τα αμινοξέα και τα πεπτίδια από τον αυλό του εντέρου ή του εγγύς tubulus στο κυτταρόπλασμα. Η είσοδος αυτών διαμεσολαβείται από ένα μείγμα συν-μεταφορέων και αντί-μεταφορέων. Πρόσθετοι μεταφορείς (δεν εμφανίζονται) μεσολαβούν στην πρόσληψη αμινοξέων από το πλάσμα του αίματος όταν αυτό απαιτείται.

Αυτό δεν σημαίνει ότι η μειωμένη εντερική απορρόφηση δεν έχει αντίκτυπο στην ομοιόσταση αμινοξέων, καθώς αντισταθμίζεται από τη μειωμένη οξείδωση των αμινοξέων. Μειωμένη οξείδωση των αμινοξέων μπορεί να παρακολουθείται μέσω της παραγωγής ουρίας, η οποία είναι ανάλογη με την οξείδωση αμινοξέων.

Για να ολοκληρωθεί η εντερική απορρόφηση, τα αμινοξέα απελευθερώνονται μέσω της βασολατερικής μεμβράνης. Οι μεταφορείς basolateral είναι διαφορετικοί από εκείνους στην apical μεμβράνη [181]. Αυτή η διαφορά εξασφαλίζει την διατήρηση στα ενδοκυτταρικά επίπεδα αμινοξέων όταν τα τρόφιμα απουσιάζουν, αλλά ταυτόχρονα επιτρέπει μια καθαρή εκροή από το κύτταρο. Παρόμοια με τις αρχές που περιγράφονται για την κυτταρική ομοιόσταση αμινοξέων παραπάνω, αντί-μεταφορείς είναι άφθονοι στη μεμβράνη basolateral, όπως 4F2hc-LAT2 και 4F2hc-y+LAT1 [182-184].

Επιτρέπουν την εκροή των διαφόρων αναλογιών των αμινοξέων που εμφανίζονται σε διαφορετικές πηγές τροφίμων. Η καθαρή εκροή εμφανίζεται μόνο όταν οι ενδοκυτταρικές συγκεντρώσεις αμινοξέων υπερβαίνουν εκείνες στη ροή του αίματος και μεσολαβούν από το TAT1 για αρωματικά αμινοξέα [185] και πιθανότατα από το LAT4 για άλλα ουδέτερα αμινοξέα [186]. Η καθαρή εκροή κατιονικών αμινοξέων εμφανίζεται μέσω του y+LAT1, αλλά απαιτεί την πρόσληψη ουδέτερων αμινοξέων στο πλάσμα σε αντάλλαγμα [187]. Η καθαρή εκροή ανιονικών αμινοξέων σε όλη τη βασολατερική μεμβράνη δεν έχει επιλυθεί.

Η μεταγευματική απορρόφηση αμινοξέων και πεπτιδίων έχει ως αποτέλεσμα αυξημένες συγκεντρώσεις αμινοξέων στο πλάσμα, αν και αυτές είναι σημαντικές μόνο σε υψηλά φορτία πρωτεΐνης [188, 189]. Φαίνεται ότι οι συγκεντρώσεις αμινοξέων στο πλάσμα μπορούν να αυξηθούν για λίγο μέσω της πρόσληψης, αλλά σε κατάσταση ένδειας, αυτή δεν οδηγεί σε μειώσεις στα επίπεδα αμινοξέων στο πλάσμα με εξαίρεση την αλανίνη, η οποία χρησιμοποιείται για γλυκονεογένεση [190].

Η επίδραση της πρόσληψης θρεπτικών συστατικών στα επίπεδα αμινοξέων στο πλάσμα προκαλείται από το ήπαρ, το οποίο μεταβολίζει 60% όλωντωναμινοξέωνμιαςκανονικήςδιατροφής [191]. Ωστόσο, ο βαθμός στον οποίο τα αμινοξέα αφομοιώνονται από το ήπαρ διαφέρει με την αλανίνη και τη γλουταμίνη να μεταβολίζονται καλά, ενώ τα BCAAs και το γλουταμινικό οξύ αφαιρούνται ελάχιστα από το ήπαρ. Έτσι, πολλά αμινοξέα περνούν για να φθάσουν σε άλλα όργανα.

Το νεφρό παράγει ένα υπερδιήθημα του πλάσματος του αίματος στο σπείρωμα των νεφρών. Το υπερδιήθημα  αποτελείται από όλα τα μικρά μόρια συν μικρότερες ποσότητες πρωτεϊνών και πεπτιδίων μέχρι μοριακής μάζας 60 kDa. Εκτός από τα μόρια που απεκκρίνονται ως απόβλητα, όπως η ουρία και η κρεατινίνη, όλοι οι πολύτιμοι μεταβολίτες και τα ιόντα απορροφώνται στο εγγύς σωληνάριο [192, 193]. Οι μηχανισμοί της επαναπορρόφησης είναι παρόμοιοι με εκείνους στο έντερο, αλλά μπορεί να περιλαμβάνουν παραλλαγές στον μεταφορέα (Σχήμα 9).

Στην apical μεμβράνη του ανθρώπινου εγγύς σωληναρίου, βρίσκονται χωριστοί μεταφορείς για τα ανιονικά αμινοξέα (EAAT3 [170] και rbat/AGT [194]), τα κατιονικά αμινοξέα (ο ετερομερώρικός μεταφορέας rbat/b0,+AT) [195], τα ουδέτερα αμινοξέα (ο ετερομερικός μεταφορέας B0AT1/collectrin) [196] την προλίνη και την γλυκίνη (PAT2 και SIT1) [195, 197], ενώ τα δι- και τριπεπτίδια μεταφέρονται με PEPT2 [198].

Οι μεταλλάξεις των apical νεφρικών μεταφορέων στον άνθρωπο έχουν πολύ μικρή επίδραση στα επίπεδα αμινοξέων στο πλάσμα, αλλά έχουν ως αποτέλεσμα σημαντική απώλεια αμινοξέων στα ούρα, η οποία χρησιμοποιείται για τη διάγνωση του μεταλλαγμένου μεταφορέα [198]. Η απώλεια αντισταθμίζεται μέσω μειωμένης οξείδωσης αμινοξέων.

Ο Μυς έχει ένα παρόμοιο συνδυασμό Na +-εξαρτώμενα-αμινοξέων συν-μεταφορέων, γενικευμένους μεταφορείς και αντί-μεταφορείς [199]. Αυτό παρέχει στον μυ συγκεντρώσεις των αμινοξέων που είναι υψηλότερες από ό, τι στο πλάσμα του αίματος για τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Τα μυϊκά κύτταρα εκφράζουν τον SNAT2 και τον SNAT3 [200]. Λόγω της διαφορετικής ιοντομετρίας, το SNAT2 συσσωρεύει το υπόστρωμά του ∼100 φορές, ενώ το SNAT3 συσσωρεύεται μόνο 10 φορές.

Έτσι, εάν το SNAT2 είναι πιο άφθονο από SNAT3, τα αμινοξέα θα πρέπει να λαμβάνονται από τους μυς, και αν SNAT3 κυριαρχεί πάνω SNAT2, τότε θα συμβεί εκροή αυτών. Είναι γνωστό ότι το SNAT2 ρυθμίζεται σε μεγάλο βαθμό στους μυς μέσω ινσουλίνης και mTORC1 [201, 202, 203], με αποτέλεσμα τη μετατόπιση στην επιφάνεια των κυττάρων. Ένας παρόμοιος μηχανισμός θα μπορούσε να εξηγήσει την απελευθέρωση αλανίνης ως πηγή γλυκονεογένεσης, αλλά δεν έχει διερευνηθεί ούτε.

Ο εγκεφαλονωτιαίος φραγμός έχει μια σύνθετη σειρά μεταφορέων αμινοξέων που είναι σημαντικοί για την ομοιόσταση αμινοξέων στον εγκέφαλο [204], αλλά η συνολική οξείδωση των αμινοξέων από τον εγκέφαλο δεν έχει καμία μετρήσιμη επίδραση στη συστηματική ομοιόσταση αμινοξέων. Τα ομοιοστατικά επίπεδα αμινοξέων στο πλάσμα φαίνεται να είναι ιδιαίτερα σημαντικά για τη λειτουργία του εγκεφάλου, όπως φαίνεται από πολλές μεταβολικές διαταραχές (βλ. παρακάτω).

6.2 Η Βιοσύνθεση και Αποικοδόμηση των Αμινοξέων στα Όργανα

Τα όργανα συμβάλλουν με διαφορετικούς τρόπους στην ομοιόσταση αμινοξέων.

Το λεπτό έντερο μεταβολίζει μεγάλες ποσότητες γλουταμίνης και αργινίνης, ενώ απελευθερώνει αλανίνη, γλυκίνη και κιτρουλίνη [204, 205].

Το ήπαρ καταναλώνει μεγάλες ποσότητες αλανίνης και απελευθερώνει γλουταμινικό [206]. Η αλανίνη είναι μία από τις σημαντικότερες πρόδρομες ουσίες για τη γλυκονεογένεση και απελευθερώνεται σε σημαντικές ποσότητες από τους μυς τις πρώτες πρωινές ώρες [207 187].

Η απελευθέρωση της αλανίνης από τους μυς αυξάνεται επίσης κατά τη διάρκεια της άσκησης [208 188]. Η καρδιά απελευθερώνει επίσης αλανίνη.

Ο λιπώδης ιστός είναι παρόμοιος με τον μυϊκό ιστό στην απελευθέρωση της γλουταμίνης και της αλανίνης στην κυκλοφορία [209 189].

Τα νεφρά απελευθερώνουν σημαντικές ποσότητες σερίνης στην κυκλοφορία, και μετατρέπουν επίσης τη φαινυλαλανίνη σε τυροσίνη, παράγοντας έτσι την πλειοψηφία αυτού του αμινοξέος [204]. Τα νεφρά μετατρέπουν επίσης κιτρουλίνη σε αργινίνη. Μαζί με το έντερο, ρυθμίζουν τα επίπεδα της αργινίνης [205, 210, 211].

Ο εγκέφαλος παράγει την ενέργειά του σχεδόν εξ ολοκλήρου από τη γλυκόζη. Η πρόσληψη αμινοξέων απαιτείται μόνο για την αντικατάσταση μικρών ποσοτήτων μεταβολοποιημένων αμινοξέων, τα οποία δεν μπορούν να ανιχνευθούν σε αρτηριοφλεβικές διαφορές [212]. Ο εγκέφαλος, ωστόσο, απελευθερώνει μετρήσιμες ποσότητες γλουταμίνης [213], αποδεικνύοντας οξειδωτικό μεταβολισμό των αμινοξέων, ιδιαίτερα των BCAAs.

Για να χρησιμοποιηθούν τα αμινοξέα ως καύσιμα, οι προκύπτουσες αμονομάδες των αμινοξέων ή η αμμωνία πρέπει να απορρίπτονται ως ουρία από το ήπαρ. Ωστόσο, τα αμινοξέα χρησιμοποιούνται ως καύσιμο από πολλά όργανα και ως αποτέλεσμα οι ομάδες αμινοξέων απελευθερώνονται είτε ως αμμωνία είτε ως αμινοξέα.

Κατά συνέπεια, η αυξημένη πρόσληψη πρωτεΐνης ξεκινά δύο σημαντικές αντιδράσεις: πρώτον, αύξηση της πρωτεϊνικής σύνθεσης στους μυς που οδηγείται από την ινσουλίνη (βλ. παρακάτω). Δεύτερον, αυξημένη παραγωγή ουρίας, που επιτρέπει τη χρήση αμινοξέων ως μεταβολικών καυσίμων [214]. Η ελεύθερη αμμωνία από την κυκλοφορία ή η τοπικά παραγόμενη αμμωνία, που παράγεται μέσω της φωσφορικής αντίδρασης γλουταμινάσης, χρησιμοποιείται για τη σύνθεση του φωσφορικού καρβαμοϋλίου, το οποίο παρέχει το πρώτο άζωτο για τη βιοσύνθεση ουρίας [215]. Δεν αποτελεί έκπληξη, η δραστηριότητα του κύκλου ουρίας ρυθμίζεται από αμινοξέα.

Σπάνιες διαταραχές του μεταβολισμού αμινοξέων παρέχουν περαιτέρω στοιχεία για έναν κεντρικό ρόλο του μεταβολισμού στη διατήρηση των επιπέδων αμινοξέων στο πλάσμα σε ομοστατικές συγκεντρώσεις [216].

Στην πραγματικότητα, πολλές μεταβολικές διαταραχές διαγιγνώσκονται μέσω της ανύψωσης των αμινοξέων, όπως διαταραχές του μεταβολισμού της φαινυλαλανίνης  [217], του μεταβολισμού της τυροσίνης (υψηλή τυροσίνη, [218]), του μεταβολισμού των αμινοξέων θείου [219], διαταραχές του κύκλου ουρίας και συναφείς ασθένειες, [220], διαταραχές του μεταβολισμού γλυκίνης, οροΐνης και προλίνης [221] και ο μεταβολισμός των BCAAs [222].

Πολλές από αυτές τις κληρονομικές διαταραχές έχουν σοβαρές συνέπειες για τη λειτουργία του ΚΝΣ, αποδεικνύοντας μια ιδιαίτερη ευαισθησία αυτού του οργάνου σε ανισορροπίες της ομοιόστασης αμινοξέων.

6.3 Η Βιοσύνθεση και Αποικοδόμηση των Πρωτεϊνών στα Όργανα

Ο μυς είναι η μεγαλύτερη δεξαμενή αμινοξέων στα θηλαστικά. Μελέτες σε τρωκτικά και ανθρώπους έχουν δείξει ότι η πρωτεϊνική σύνθεση στους μυς μετά τη νηστεία διεγείρεται με την εκ νέου σίτιση [223]. Μεταγενέστερες μελέτες έδειξαν ότι αυτή η διαδικασία εξαρτάται από τα αμινοξέα, και ιδιαίτερα λευκίνη [224].

Η λευκίνη αποδείχθηκε ότι ενεργοποιεί το mTORC1, αλλά μόνο παρουσία της ινσουλίνης. Αυτό συνάδει με την ιδέα ότι το mTORC1 απαιτεί την ενεργοποίηση από αυξητικούς παράγοντες και είναι ευπαθές στην ανίχνευση αμινοξέων [63].

Η σύμπτωση της μεταγευματικής απορρόφησης αμινοξέων και της έκκρισης ινσουλίνης αυξάνει τη βιοσύνθεση των μυϊκών πρωτεϊνών. Σε συνδυασμό με την αύξηση της πρωτεϊνικής βιοσύνθεσης, η μεταφορά αμινοξέων στους μυς είναι up-ρυθμισμένη επίσης [225, 226].

Εκτός από την ινσουλίνη, η πρωτεϊνική βιοσύνθεση στους μυς επίσης αυξάνεται από τα ανδρογόνα και τον IGF-1 (ινσουλίνη-όπως αυξητικός παράγοντας 1 [227]. Ωστόσο, αυτές οι διαδικασίες είναι συνήθως αργές, ρυθμίζοντας την πρωτεϊνική σύνθεση για πολλές ημέρες, και επομένως είναι απίθανο να έχουν άμεσο αντίκτυπο στα επίπεδα αμινοξέων στο πλάσμα [227].

Η πρωτεϊνική βιοσύνθεση από το ήπαρ είναι ένας σημαντικός παράγοντας που συμβάλλει στη σύνθεση πρωτεϊνών του σώματος και είναι επίσης κρίσιμη για τη διατήρηση της ωσμωτικής πίεσης του πλάσματος. Η σύνθεση της αλβουμίνης ρυθμίζεται από τα αμινοξέα και μειώνεται ταχέως υπό συνθήκες εξάντλησης αμινοξέων [228].

Η αυτοφαγία διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση των συγκεντρώσεων αμινοξέων στο πλάσμα υπό συνθήκες ένδειας. Τα αμινοξέα με τη σειρά τους ρυθμίζουν τη συστηματική αυτοφαγία, κυρίως στο ήπαρ, αλλά λιγότερο στους μυς όπου η ινσουλίνη φαίνεται να είναι ο κύριος ρυθμιστής [229].

6.4 Η Ρύθμιση της Συστηματικής Ομοιόστασης αμινοξέων από Ορμόνες και το ΚΝΣ

Όπως περιγράφεται παραπάνω, τα αμινοξέα είναι οι πιο σχετικές ρυθμιστικές αρχές της ομοιόστασης τους, ιδιαίτερα εντός των κυττάρων. Ωστόσο, ορισμένες ενδοκρινικές ορμόνες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη συστηματική ομοιόσταση των αμινοξέων.

Η ινσουλίνη και το IGF-1 προωθούν την ενσωμάτωση αμινοξέων στην πρωτεΐνη, ιδιαίτερα στους μυς [228, 229, 230]. Η υπερινσουλιναιμία βρέθηκε να μειώνει τη συγκέντρωση λευκίνης στο πλάσμα και να αναστέλλει τη διάσπαση της πρωτεΐνης και την οξείδωση της λευκίνης.

Η ινσουλίνη ρυθμίζει επίσης την πρόσληψη αμινοξέων στους μυς [231]. Η σηματοδότηση της ινσουλίνης και του αυξητικού παράγοντα μεσολαβούν μέσω των κανονικών οδών μεταγωγής σήματος που περιλαμβάνουν υποδοχείς τυροσίνης κινάσης, PI3-κινάση και πρωτεϊνική κινάση Akt. Πρωτεϊνική κινάση Akt έπειτα φωσφορυλιώνει και αδρανοποιεί τον TSC2 και το PRAS40, και τα δύο αυτά είναι αρνητικοί ρυθμιστές του συμπλέγματος mTORC1 [230]. Η αυξητική ορμόνη διεγείρει επίσης τη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών, μειώνοντας την ουρεογένεση και μετατρέποντας τη γλουταμίνη στο ήπαρ σε γλουταμινικό, το οποίο απελευθερώνεται πίσω στην κυκλοφορία αντί να παράγει ουρία [232].

Η ινσουλίνη ρυθμίζει το μεταβολισμό των αμινοξέων, αλλά αντίθετα τα αμινοξέα ρυθμίζουν επίσης την απελευθέρωση της ινσουλίνης στα β-κύτταρα του παγκρέατος. Η λευκίνη ενεργοποιεί το GDH, αυξάνοντας το μεταβολισμό της γλουταμίνης σε 2-οξογλουταρικό και τα επακόλουθους ενδιάμεσους μεταβολίτες του κύκλου TCA.

Αυτό αυξάνει τη μιτοχονδριακή παραγωγή ATP, η οποία, μαζί με το ATP που προέρχεται από το μεταβολισμό της γλυκόζης, κλείνει τα κανάλια KATP. Η προκύπτουσα αποπόλωση της μεμβράνης αυξάνει τα επίπεδα κυτταροπλασματικών ιόντων ασβεστίου και ενεργοποιεί την απελευθέρωση κυστιδίων που περιέχουν ινσουλίνη [233]. Η ενίσχυση της απελευθέρωσης ινσουλίνης από τη λευκίνη έχει έναν ενσωματωμένο μηχανισμό αρνητικής ανάδρασης.

Η GDH ρυθμίζεται αρνητικά από το GTP, η οποία παράγεται από την αντίδραση succinyl-CoA συνθετάση στον κύκλο TCA. Ως αποτέλεσμα, η μιτοχονδριακή παραγωγή ATP από γλουταμίνη είναι ένας αυτο-περιορισμός. Αποδεικτικά στοιχεία για αυτόν τον μηχανισμό έχει αποκτηθεί από μεταλλάξεις στην GDH που προκαλούν ευαισθησία στην αλλοστερική ρύθμιση από το GTP.

Αυτές οι μεταλλάξεις προκαλούν υπερέκκριση ινσουλίνης και υπογλυκαιμίας μετά από ένα γεύμα πλούσιο σε πρωτεΐνες [234].

Αυξημένα επίπεδα BCAAs έχουν παρατηρηθεί σε άτομα με μεταβολικό σύνδρομο και φαίνεται να προηγούνται της εμφάνισης του διαβήτη [235]. Τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να ερμηνευθούν ως ένδειξη αυξανόμενης αντίστασης στην ινσουλίνη, όχι μόνο επηρεάζοντας την εναπόθεση γλυκόζης, αλλά και επηρεάζοντας το μεταβολισμό των BCAAs, για παράδειγμα στους μυς [236, 237, 238].

Η γλυκαγόνη αυξάνει τη γλυκονεογένεση, η οποία ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια της πρώιμης νηστείας υποστηρίζεται από αμινοξέα. Κατά συνέπεια, η συνολική συγκέντρωση αμινοξέων στο πλάσμα του αίματος μειώνεται κατά τη διάρκεια της περίσσειας γλυκαγόνης με τα επίπεδα της αλανίνης, της κιτρουλίνης, της προλίνης, της ορνιθίνης, της τυροσίνης, της γλυκίνης και της θρεονίνης να μειώνονται πιο σημαντικά.

Το άζωτο ουρίας αυξάνεται επίσης, γεγονός που υποδηλώνει ότι η γλυκαγόνη μπορεί να ρυθμίσει έμμεσα τα επίπεδα αμινοξέων μέσω της ρύθμισης της γλυκονεογένεσης [239]. Σε συμφωνία με αυτή την έννοια, η γλυκαγόνη αυξάνει επίσης τη μεταγραφή του μεταφορέα των αμινοξέων που είναι ουδέτερο από το νάτριο, το SNAT2 στα ηπατοκύτταρα μέσω ενός στοιχείου απόκρισης cAMP στην περιοχή του προγωγέα [240].

Τα γλυκοκορτικοειδή απελευθερώνονται από το στρες και τον περιορισμό των θρεπτικών συστατικών και αναστέλλουν τη μετάφραση των πρωτεϊνών. Ταυτόχρονα, τα γλυκοκορτικοειδή αυξάνουν την απελευθέρωση αλανίνης από τους μυς, το κύριο τελικό προϊόν της πρωτεϊνικής υποβάθμισης σε αυτόν τον ιστό [241].

Η αναστολή της πρωτεϊνικής σύνθεσης πιστεύεται ότι συμβαίνει στο βήμα της έναρξης της μετάφρασης. Μέσω τη δράση του υποδοχέα των γλυκοκορτικοειδών, αυξάνεται η μεταγραφή του REDD1 (ρυθμίζεται στην ανάπτυξη και τη βλάβη του DNA).

Αυτό προκαλεί μειωμένη φωσφορυλίωση των 4E-BP1 και p70S6K1, αναστέλλοντας έτσι τη μετάφραση πρωτεϊνών. Οι δράσεις του REDD1 πιστεύεται ότι μεσολαβούν μέσω του συγκροτήματος mTORC1 [242].

Ο παράγοντας ανάπτυξης ινοβλάστες 21 (FGF21) αναγνωρίζεται τώρα ως μεταβολική ορμόνη που παράγεται με περιορισμό των πρωτεϊνών [243, 244]. Το FGF21 είναι ένας σημαντικός ρυθμιστής του μεταβολισμού του λίπους. Στο μεταβολισμό των πρωτεϊνών, έχει προταθεί ως εκκριτική για το εξωκρινικό πάγκρεας, διευκολύνοντας έτσι την πέψη των πρωτεϊνών [245]. Το FGF21 είναι ένας άτυπος αυξητικός παράγοντας, η σηματοδότηση του οποίου απαιτεί β-klotho ως συν-υποδοχέα [246].

Τα εντεροενδοκρινικά κύτταρα του εντέρου παράγουν μια ποικιλία ορμονών που εκκρίνονται κατά την πρόσληψη θρεπτικών συστατικών, όπως GLP-1 (πεπτίδιο τύπου γλυκαγόνης 1) και GIP [247]. Αυτές οι ορμόνες προετοιμάζουν το σώμα για την πρόσληψη θρεπτικών συστατικών με την ενίσχυση της έκκρισης ινσουλίνης και τη μείωση της όρεξης, αλλά δεν εμπλέκονται άμεσα στην ομοιόσταση αμινοξέων.

Το PYY είναι ίσως η πιο πρωτεΐνη-ειδική γαστρεντερική ορμόνη. Παράγεται από l-κύτταρα και η παραγωγή του αντιδρά στην περιεκτικότητα της διατροφής σε πρωτεΐνες. Τα PYY-ελλιπή ποντίκια είναι υπερφαγικά και γίνονται παχύσαρκα κατά συνέπεια [248].

Η πρόσληψη τροφής ρυθμίζεται αυστηρά μέσω διαδικασιών στο ΚΝΣ [249, 250]. Η όρεξη ρυθμίζεται στον υποθαλαμικό πυρήνα και υπάρχουν ενδείξεις ότι τα επίπεδα λευκίνης και η σηματοδότηση mTORC1 συμβάλλουν στη διαμόρφωση των σχετικών οδών, με αποτέλεσμα την καταστολή της όρεξης [250].

Η ανάπτυξη των κυττάρων και των οργανισμών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αύξηση της πρωτεϊνικής μάζας. Πράγματι, έχει προταθεί ότι η πρόσληψη τροφής σε πολλούς οργανισμούς ρυθμίζεται από την απαίτηση των πρωτεϊνών του αναπτυσσόμενου σώματος [251].

Σε ώριμους οργανισμούς, η απαίτηση πρωτεΐνης είναι, ωστόσο, μικρή. Ένας κανονικός ενήλικας, για παράδειγμα, απαιτεί 8000 kJ/ημέρα. Μια δυτική διατροφή περιλαμβάνει συνήθως 50% υδατάνθρακες, 15% πρωτεΐνη και 35% λίπος. Αυτό θα ισοδυναμούσε με 70 g πρωτεΐνης, η οποία είναι περίπου τρεις φορές η αναπόφευκτη ημερήσια απώλεια πρωτεΐνης.

Ο υποσιτισμός των πρωτεϊνών παρατηρείται μόνο κατά τη διάρκεια του γενικού υποσιτισμού ή όταν η διατροφή βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε πλούσιες τροφές σε υδατάνθρακες, όπως το ρύζι ή οι πατάτες ή σε περίοδο νηστείας ή σε χορτοφαγική διατροφή.

Ο εγκέφαλος έχει αναπτύξει πολύ ευαίσθητους μηχανισμούς για την ανίχνευση ανισορροπιών των αμινοξέων [252], όπως ο άξονας anterior piriform cortex (APC) μέσω ενεργοποίησης του GCN2. Η χαρτογράφηση της παραγωγής APC κατά τη διάρκεια της βασικής ανεπάρκειας αμινοξέων δείχνει άξονες που προβάλλονται στον υποθάλαμο [250].

7. Ο Ρόλος των  Αμινοξέων

7.1 Η Έκφραση Γονιδίων

Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης από τα ΑΑ μπορεί να συμβεί σε οποιοδήποτε βήμα των ιδιαίτερα ειδικών διεργασιών που περιλαμβάνουν τη μεταφορά των κωδικοποιημένων πληροφοριών από ένα γονίδιο στο προϊόν του (RNA ή/και πρωτεΐνη) (Εικ. 12). Αυτά τα βιοχημικά γεγονότα είναι μεταγραφή, μετάφραση, και μετά-μεταφραστικές τροποποιήσεις.

Εικ. 12 Οι μηχανισμοί των AA υπεύθυνοι για τη ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων στα κύτταρα

Εικ. 12Οι μηχανισμοί των AA υπεύθυνοι για τη ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων στα κύτταρα. Τα AA μπορούν να ρυθμίσουν την έκφραση γονιδίων στα κύτταρα στα επίπεδα της μεταγραφής, της μετάφρασης, και των μετά-μεταφραστικών πρωτεϊνικών τροποποιήσεων. Οι μετά-μεταφραστικές πρωτεϊνικές τροποποιήσεις περιλαμβάνουν την ακετυλίωση, ADP-ριβοσιυλίωση, βιοτινυλίωση, γ-καρβοξυλίωση, σύνδεση δισουλφιδίου, σύνδεση φλαβίνης, γλουταμιλιλίωση, γλυκίωση, γλυκοζυλίωση, γλυκυλίωση, αιμική σύνδεση, υδροξυλίωση, μεθυλίωση, μυριστουλίωση, νιτροσυλίωση, οξείδωση, φωσφορυλίωση, παλμιτορυλίωση, πρωτεολυτική διάσπαση και ubiquitination

Η μεταγραφή γονιδίων μπορεί επίσης να ρυθμιστεί από την επιγενετική και τη γονιδιωματική αποτύπωση [255].

Τα αποτελέσματα των μελετών κυτταροκαλλιέργειας δείχνουν ότι η ανεπάρκεια ενός ΑΑ, είτε ενός μη απαραίτητου είτε ενός απαραίτητου, έχει ως αποτέλεσμα την αυξημένη διαθεσιμότητα μη φορτισμένου tRNA που δεσμεύει και ενεργοποιεί την general control non-derepressible protein 2 (GCN2) κινάση [256, 257].

Αυτή η κινάση φωσφορυλοποιεί τον παράγοντα έναρξης της ευκαρυωτικής μετάφρασης (eIF)-2a, οδηγώντας σε μείωση της γενικής πρωτεϊνικής σύνθεσης.

Ωστόσο, υπό συνθήκες στέρησης θρεπτικών συστατικών, ορισμένα mRNA μπορεί να υποβληθούν σε ενισχυμένη μετάφραση μέσω μηχανισμών που αφορούν GCN4 και ενεργοποίησης του παράγοντα μεταγραφής 4.

Αντίθετα, η υπέρβαση των ΑΑ μπορεί να μειώσει ή να ρυθμίσει προς τα πάνω την έκφραση των γονιδίων ανάλογα με τις πλευρικές αλυσίδες και τις πρωτεΐνες-στόχους της [258, 259], υποδεικνύοντας την πολυπλοκότητα των ρυθμιστικών μηχανισμών για την πρωτεϊνική σύνθεση.

Η περίσσεια είτε η στέρηση αργινίνης διαμορφώνει την γενική γονιδιακή έκφραση στα κύτταρα των θηλαστικών [260], ενώ η ανεπάρκεια μεθειονίνης διεγείρει την έκφραση της osteopontin στα ηπατοκυττάρια μέσω της υπομεθυλίωσης του DNA και της πρωτεΐνης [261].

Σύμφωνα με αυτές τις in vitro μελέτες, η ανάλυση μικροσυστοιχιών δείχνει ότι τα συμπληρώματα διατροφής με γλουταμίνη ή αργινίνη αυξάνουν την έκφραση των αντιοξειδωτικών γονιδίων και μειώνουν την έκφραση των προφλεγμονωδών γονιδίων στο λεπτό έντερο και τον λιπώδη ιστό [262, 263, 264].

7.2 Η Σύνθεση και η Έκκριση Ορμονών

Πολλές ορμόνες χαμηλού μοριακού βάρους συντίθενται από συγκεκριμένα ΑΑ. Για παράδειγμα, η τυροσίνη (ορφαινυλαλανίνη) είναι η πρόδρομος ουσία για τη σύνθεση της επινεφρίνης, νορεπινεφρίνης, ντοπαμίνης, και των θυρεοειδών ορμονών.

Οι υψηλές συγκεντρώσεις ΑΑ, οι οποίες συχνά επιτυγχάνονται με από του στόματος ή ενδοφλέβια χορήγηση φαρμακολογικών δόσεων που είναι 10-20 φορές πρόσληψη από τη διατροφή, μπορούν επίσης να διεγείρουν την έκκριση ορμονών από ενδοκρινικά κύτταρα [265].

Μεταξύ αυτών, αργινίνη, γλουταμίνη, και λευκίνη χαρακτηρίζονται εκκριτογόνα. Για παράδειγμα, φαρμακολογικές δόσεις L-αργινίνης (π.χ. 0,1–0,3g/kg σωματικού βάρους) διεγείρουν την έκκριση ινσουλίνης, αυξητικής ορμόνης, προλακτίνης, γλυκαγόνης, προγεστερόνης από τα αντίστοιχα ενδοκρινικά όργανά τους (Wu et al. 2008b), ενώ η γλουταμίνη και η λευκίνη αυξάνουν την απελευθέρωση ινσουλίνης από παγκρεατικά β-κύτταρα [265].

Επιπλέον, τα συμπληρώματα διατροφής με γλουταμίνη μειώνουν την παραγωγή γλυκοκορτικοειδών (μια ορμόνη του στρες) σε απογαλακτισμένους χοίρους [266]. Αυξημένα επίπεδα αυτών των ΑΑ μπορεί να μεσολαβήσουν εν μέρει στην επίδραση της πρόσληψης τροφής υψηλής περιεκτικότητας σε πρωτεΐνες στις κυκλοφορούντες συγκεντρώσεις ορμονών σε ζώα.

Θα πρέπει να αναγνωριστεί ότι οι επιπτώσεις των συμπληρωμάτων ΑΑ και της διαιτητικής πρόσληψης για την έκκριση ορμονών εξαρτώνται από τη δόση, τη διατροφική κατάσταση, και το αναπτυξιακό στάδιο.

7.3 Ο Μεταβολισμός των Θρεπτικών Συστατικών και η Οξειδωτική Άμυνα

Τα διαθέσιμα στοιχεία δείχνουν ότι τα ΑΑ συμμετέχουν άμεσα στην σηματοδότηση κυττάρων [266, 267, 268, 269, 270], στον κυτταρικό μεταβολισμό των θρεπτικών συστατικών [271], οξειδωτικό στρες [272, 273], και την αποτελεσματικότητα της χρησιμοποίησης της διαιτητικής πρωτεΐνης [274].

Για παράδειγμα, η αργινίνη είναι ένας αλλοστερικός ενεργοποιητής της Ν-ακετυλογλυταμικής συνθάσης, ενός μιτοχονδριακού ενζύμου που μετατρέπει το γλουταμινικό και το ακετυλο-CoA σε Ν-ακετυλογλυταμικό (αλλοστερικός ενεργοποιητής της συνθάσης καρβαμοϋλοβωσφατών Ι) [275].

Έτσι, η αργινίνη και το γλουταμινικό διατηρεί τον κύκλο της ηπατικής ουρίας σε ενεργή κατάσταση για αποτοξίνωση από αμμωνία. Δεύτερον, η αλανίνη αναστέλλει την πυρουβική κινάση, ρυθμίζοντας έτσι τη γλυκονεογένεση και τη γλυκολύση για να εξασφαλίσει την καθαρή παραγωγή γλυκόζης από τα ηπατοκύτταρα κατά τη διάρκεια περιόδων στέρησης τροφής [276].

Τρίτον, το γλουταμινικό οξύ και το ασπαρτικό μεσολαβούν στη μεταφορά της μείωσης των ισοδύναμων σε όλη τη μιτοχονδριακή μεμβράνη και έτσι ρυθμίζουν τη γλυκολύση και την κυτταρική κατάσταση REDOX [277].

Τέταρτον, η αργινίνη και η φαινυλαλανίνη αυξάνουν την έκφραση και τη δραστηριότητα της κυκλοϋδρολλάσης-Ι του GTP, αυξάνοντας έτσι τη διαθεσιμότητα της τετραϋδροβιοπερίνης για σύνθεση ΝΟ και την υδροξυλίωση των αρωματικών AA [278]. Το αργινίνη-ΝΟ μονοπάτι μπορεί επίσης να διαμορφωθεί από μια σειρά άλλων ΑΑ, συμπεριλαμβανομένης της ταυρίνης, λυσίνης, γλουταμινικού, ομοκυστεΐνης, και ασύμμετρη διμεθυλαργινίνη και να ασκήσει τις φυσιολογικές ή τις παθολογικές επιδράσεις του [279].

Πέμπτον, η αργινίνη αυξάνει την έκφραση των βασικών πρωτεϊνών και ενζύμων (που ευθύνονται για τη μιτοχονδριακή βιογένεση και την οξείδωση του υποστρώματος, μειώνοντας έτσι την υπερβολική μάζα λίπους σε παχύσαρκα θηλαστικά [262].  

Ομοίως, η γλουταμίνη ρυθμίζει την έκφραση των γονιδίων στο λεπτό έντερο που σχετίζονται με την οξειδωτική άμυνα, τη μεταγωγή σήματος και τον κύκλο ανακύκλωσης των πρωτεϊνών [280]. Επιπλέον, h2S και CO, τα οποία είναι προϊόντα της κυστεΐνης και της υποβάθμισης της αιμοσφαιρίνης, αντίστοιχα, μπορούν επίσης να διαδραματίσουν τους ρόλους σηματοδότησης στο μεταβολισμό θρεπτικών συστατικών (π.χ. διέγερση της γλυκόζης και της οξείδωσης λιπαρών οξέων) [281].

Έκτον, η μεθειονίνη, η γλυκίνη, η σερίνη και η ιστιδίνη συμμετέχουν ενεργά στο μεταβολισμό τους ενός άνθρακα και, ως εκ τούτου, στη μεθυλίωση των πρωτεϊνών και του DNA, ρυθμίζοντας έτσι την έκφραση των γονιδίων και τη βιολογική δραστηριότητα των πρωτεϊνών.

Έβδομον, η γλουταθειόνη, η οποία σχηματίζεται από κυστεΐνη, γλουταμινικό, και γλυκίνη, είναι το κύριο αντιοξειδωτικό στα κύτταρα και ρυθμίζει την ομοιόσταση των ελεύθερων ριζών [282].

Τέλος, ο συντονισμός του μεταβολισμού των ΑΑ μεταξύ του ήπατος, των σκελετικών μυών, του εντέρου και των ανοσοκυττάρων μεγιστοποιεί τη διαθεσιμότητα γλουταμίνης, ενώ παράγει αργινίνη, προλίνη και γλουταθειόνη ως απάντηση στις φυσιολογικές και διατροφικές ανάγκες.

7.4 Ο Κύκλος Ανακύκλωσης των Ενδοκυτταρικών Πρωτεϊνών

Η συνεχής σύνθεση και αποικοδόμηση των πρωτεϊνών στα κύτταρα ονομάζεται συλλογικά κύκλος ανακύκλωσης των ενδοκυτταρικών πρωτεϊνών, ο οποίος καθορίζει την ισορροπία των πρωτεϊνών στους ιστούς.

Ο κύκλος εργασιών σε πρωτεΐνες απαιτεί μεγάλες ποσότητες ATP (π.χ. 20-25% της ενεργειακής δαπάνης ολόκληρου του σώματος σε ενήλικες).

Ωστόσο, αυτός ο δαπανηρός μεταβολικός κύκλος εκπληρώνει βασικές υποχρεωτικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της πρωτεϊνικής ομοιόστασης, του κύκλου ανακύκλωσης των κυττάρων, της αφαίρεσης των παλαιωμένες και κατεστραμμένων πρωτεϊνών, της σύνθεσης θερμικών σοκ και ανοσολογικών πρωτεϊνών, της γλυκονεογένεσης, της επούλωσης πληγών, της επισκευής ιστών, της προσαρμογής σε διατροφικές και παθολογικές αλλοιώσεις και των ανοσολογικών αποκρίσεων.

Η λευκίνη είναι ένας αναστολέας της αποικοδόμησης των πρωτεϊνών στους σκελετικούς μυς [283, 284] και το συκώτι [285]. Επιπλέον, η λευκίνη διεγείρει τη σύνθεση πρωτεϊνών μυών τόσο σε in vitro όσο και σε πειραματικές συνθήκες in vitro και in vivo [284, 286].

Τα ενδομυϊκά επίπεδα γλουταμίνης παρουσιάζουν σημαντική μείωση υπό διάφορες καταβολικές καταστάσεις (π.χ. τραυματισμός, σηψαιμία και γαλουχία) που σχετίζεται με αρνητική πρωτεϊνική ισορροπία στους σκελετικούς μυς [287, 288, 289]. Για περισσότερες πληροφορίες ανατρέξτε στην μελέτη ανασκόπησης της διεθνούς βιβλιογραφίας με τίτλο: «Η Γλουταμίνη και ο Ρόλος της στην Λειτουργία του Οργανισμού στην Πρόληψη και Θεραπεία: ο Μηχανισμός Απορρόφησης και Δράσης».

Η αργινίνη ενεργοποιεί το σύμπλεγμα mTOR και άλλες οδούς μεσολάβησης κινασών σηματοδότησης σε εντερικά επιθηλιακά κύτταρα (βλέπε σχετικό κεφάλαιο), διεγείροντας έτσι την πρωτεϊνική σύνθεση, ενισχύοντας τη μετανάστευση κυττάρων, και διευκολύνοντας την επισκευή του κατεστραμμένου εντερικού επιθηλίου. Αυτή η αναβολική δράση της αργινίνης συσχετίστηκε με την αύξηση της ενεργοποίησης των μυών mTOR και πρωτεϊνική σύνθεση [290].

Tα εξωγενή NEAA μπορούν να βελτιώσουν τη διαθεσιμότητα των EAA όταν συμπληρώνονται σε μια δίαιτα ελλιπή σε EAA [291].

Τα NEAA είναι αναλώσιμα και παράγουν τους απαραίτητους μεταβολίτες για την σύνθεση πρωτεϊνών ολόκληρου του σώματος κατά αλλά και μετά την άσκηση ακόμα και όταν καταναλώνονται σε επαρκείς ποσότητες τα EAA. Έτσι, οι αθλητές αντοχής που μπορεί να διατρέχουν κίνδυνο και να μην πληρούν τις αυξημένες απαιτήσεις τους σε πρωτεΐνες, θα πρέπει να δώσουν προτεραιότητα στην πρόσληψη τροφίμων εμπλουτισμένων με EAA ή/και συμπληρωμάτων ΑΑ για να υποστηρίξουν την ανάκαμψη μετά την άσκηση [292].

7.5 Η Λειτουργία του Ανοσοποιητικού Συστήματος

Η ανεπάρκεια πρωτεϊνών είναι γνωστό από καιρό ότι επηρεάζει την ανοσολογική λειτουργία και αυξάνει την ευαισθησία σε ασθένειες. Ωστόσο, μόνο τα τελευταία 20 χρόνια, έχουν αρχίσει να ξετυλίγονται οι υποκείμενοι κυτταρικοί και μοριακοί μηχανισμοί.

Μια διατροφική ανεπάρκεια πρωτεϊνών μειώνει τη διαθεσιμότητα των περισσότερων ΑΑ στο πλάσμα, ιδιαίτερα της γλουταμίνης, αργινίνης, τρυπτοφάνης, μεθειονίνης, και κυστεΐνης [293]. Οι ρόλοι της γλουταμίνης, αργινίνης, μεθειονίνης και κυστεΐνης στην ενίσχυση της ανοσολογικής λειτουργίας έχουν καθιερωθεί καλά [293, 294, 295].

Οι υποκείμενοι μηχανισμοί μπορεί να περιλαμβάνουν ενεργοποίηση mTOR, σύνθεση ΝΟ και γλουταθειόνης, σηματοδότηση H2S και κυτταρική κατάσταση REDOX (βλέπε σχετικό κεφάλαιο).

Τα συμπληρώματα διατροφής με αργινίνη βελτιώνει την ανοσολογική κατάσταση των ανθρώπων και των ζώων [293, 295, 296]. Έχει υπάρξει αυξανόμενο ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια στο ρόλο της τρυπτοφάνης και προλίνης στις λειτουργίες του ανοσοποιητικού συστήματος.

Το ανθρακιλικό οξύ (ένας μεταβολίτης της τρυπτοφάνης μέσω της οδού IDO) αναστέλλει την παραγωγή προφλεγμονωτικών κυτοκινών T-helper-1 και αποτρέπει την αυτοάνοση νευροφλεγμονή [297].

Ένας σημαντικός μεσολαβητής που προέρχεται από την οξείδωση της προλίνης είναι το H2O2, το οποίο είναι κυτταροτοξικό για παθογόνα βακτήρια και είναι επίσης ένα μόριο σηματοδότησης [298](Shi et al. 2004).

7.6 Η Αναπαραγωγή

Η αργινίνη δεν θεωρούνταν παραδοσιακά EAA για υγιείς ενήλικες άνδρες με βάση την ισορροπία του αζώτου.

Ωστόσο, είναι γνωστό για πάνω από 50 χρόνια ότι η σίτιση μιας διατροφής ελλιπής σε αργινίνης σε ενήλικες άνδρες για 9 ημέρες μειώνει τον αριθμό των σπερματοζωαρίων κατά 90% και αυξάνει το ποσοστό των μη κινητικών σπερματοζωαρίων περίπου στο δεκαπλάσιο (βλέπε [299], για αναθεώρηση). Αυτή η εντυπωσιακή παρατήρηση υπογραμμίζει έναν κρίσιμο ρόλο για την αργινίνη στη σπερματογένεση.

7.7 Η Παχυσαρκία, ο Διαβήτης, και το Μεταβολικό Σύνδρομο

Η παχυσαρκία στον άνθρωπο είναι μια σημαντική κρίση δημόσιας υγείας παγκοσμίως και είναι ένας κορυφαίος παράγοντας κινδύνου για την αντίσταση στην ινσουλίνη, τον διαβήτη τύπου ΙΙ, την αθηροσκλήρωση, το εγκεφαλικό επεισόδιο, την υπέρταση κ.α. [300].

Για παράδειγμα, η Αργινίνη και/ή οι μεταβολίτες της (ΧΙ και πολυαμίνες) μπορεί να ενισχύσουν τον πολλαπλασιασμό, τη διαφοροποίηση, και τη λειτουργία των καφέ λιποκυττάρων. Επιπλέον, τόσο η σκελετική μυϊκή μάζα όσο και η ευαισθησία σε ινσουλίνη ολόκληρου του σώματος ενισχύθηκαν ως απάντηση στα συμπληρώματα αργινίνης μέσω μηχανισμών που περιλαμβάνουν αυξήσεις στο μυ mTOR και NO signaling  [1].

Ένα άλλο παράδειγμα είναι η γλουταμίνη. Σε μελέτη περίπτωσης-κοόρτης, διαπιστώθηκε ότι τα υψηλότερα επίπεδα γλουταμινικού πλάσματος κατά την έναρξη της θεραπείας συσχετίστηκαν με αυξημένο κίνδυνο T2D σε πληθυσμό υψηλού κινδύνου καρδιαγγειακής νόσου. Μια ανισορροπία του λόγου γλουταμίνης και γλουταμινικού μπορεί να συμβάλει στην ανάπτυξη της T2D. Για περισσότερες πληροφορίες ανατρέξτε στην μελέτη ανασκόπησης της διεθνούς βιβλιογραφίας με τίτλο: «Η Γλουταμίνη και ο Ρόλος της στην Λειτουργία του Οργανισμού στην Πρόληψη και Θεραπεία: ο Μηχανισμός Απορρόφησης και Δράσης».

8. Αποτελεσματικότητα και η Ασφάλεια των Συμπληρωμάτων Κρυσταλλικών Αμινοξέων

Σε αντίθεση με την πρωτεΐνη, τα κρυσταλλικά AA δεν υποβάλλονται σε πέψη και είναι άμεσα διαθέσιμα για απορρόφηση από το λεπτό έντερο. Ως εκ τούτου, απορροφώνται στα εντεροκύτταρα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε παροδική ανισορροπία μεταξύ των ΑΑ στη συστηματική κυκλοφορία των οποίων η έκταση πιθανότατα εξαρτάται τόσο από την ποιότητα όσο και από την ποσότητα των διαιτητικών πρωτεϊνών.

Εκτεταμένη έρευνα έχει επίσης δείξει ότι η συμπλήρωση των κατάλληλων ποσοτήτων των AA που είναι συνήθως από 0,2 έως 2,5% των ημερήσιων αναγκών πρωτεΐνης είναι γενικά ασφαλής [1]. Στους ενήλικες για να αντικατασταθούν οι αναπόφευκτες απώλειες απαιτούνται 20-25g πρωτεΐνης/ημέρα, οι οποίες είναι αισθητά μεγαλύτερες σε σχέση με την διατροφή όπως χορτοφαγία, ή την άσκηση και το είδος αυτής (βλέπε παραπάνω).

Ανισορροπία ΑΑ ή ανταγωνισμός μπορεί να προκύψει από:

(1) Δυσλειτουργία της εντερικής απορρόφησης AA και μεταφορά τους ενδοκυττάρια.

(2) Διαταραχή του μεταβολισμού ΑΑ και ομοιόσταση στα όργανα.

(3) Δυσλειτουργική παραγωγή μορίων σηματοδότησης (π.χ., GABA, ΝΟ, CO, και H2S) Και

(4) Υπερβολική παραγωγή τοξικών ουσιών (π.χ. αμμωνία και ομοκυστεΐνη).

Όπως όλα τα άλλα θρεπτικά συστατικά (π.χ., γλυκόζη, λιπαρά οξέα), οι υπερβολικές ποσότητες συμπληρωμάτων AA ή των μεταβολιτών τους πάνω από τα επίπεδα ασφαλείας που είναι σαφέστατα καθορισμένα μπορεί να είναι τοξικές για και θα πρέπει να αποφεύγονται.

Τα επίπεδα ασφάλειας για συμπληρώματα ΑΑ έχουν καθοριστεί με πολύ καλά σε ελεγχόμενες κλινικές μελέτες σε ανθρώπους.

9. Βιβλιογραφία

  1. Guoyao Wu, Amino acids: metabolism, functions, and nutrition, Amino Acids (2009) 37:1–17, DOI 10.1007/s00726-009-0269-0.
  2. Galli F (2007) Amino acid and protein modification by oxygen and nitrogen species. Amino Acids 32:497–499.
  3. Brosnan JT (2001) Amino acids, then and now—a reflection on Sir Hans Kreb’s contribution to nitrogen metabolism. IUBMB Life 52:265–270.
  4. Suenaga R, Tomonaga S, Yamane H et al (2008) Intracerebroventricular injection of L-arginine induces sedative and hypnotic effects under an acute stress in neonatal chicks. Amino Acids 35:139–146.
  5. Wu G, Bazer FW, Davis TA et al (2007a) Important roles for the arginine family of amino acids in swine nutrition and production. Livest Sci 112:8–22.
  6. Baker DH (2008) Advances in protein-amino acid nutrition of poultry. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-008-0198-3.
  7. Fang ZF, Luo J, Qi ZL et al (2009) Effects of 2-hydroxy-4-methylthiobutyrate on portal plasma flow and net portal appearance of amino acids in piglets. Amino Acids 36:501–509.
  8. Curis E, Crenn P, Cynober L (2007) Citrulline and the gut. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 10:620–626.
  9. Hu CA, Khalil S, Zhaorigetu S et al (2008) Human D1-pyrroline-5-carboxylate synthase: function and regulation. Amino Acids 35:665–672.
  10. Manna P, Sinha M, Sil PC (2009) Taurine plays a beneficial role against cadmium-induced oxidative renal dysfunction. Amino Acids 36:417–428.
  11. Perta-Kajan J, Twardowski T, Jakubowski H (2007) Mechanisms of homocysteine toxicity in humans. Amino Acids 32:561–572.
  12. Davis TA, Fiorotto ML (2009) Regulation of muscle growth in neonates. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 12:78–85.
  13. Wu G, Bazer FW, Datta S et al (2008) Proline metabolism in the conceptus: implications for fetal growth and development. Amino Acids 35:691–702.
  14. Firkins JL, Hristov AN, Hall MB et al (2006) Integration of ruminal metabolism in dairy cattle. J Dairy Sci 89(Suppl 1):E31–E51.
  15. Li P, Mai KS, Trushenski J, Wu G (2008) New developments in fish amino acid nutrition: towards functional and environmentally oriented aquafeeds.Amino Acids. doi:10.1007/s00726-008-0171-1.
  16. Elango R, Ball RO, Pencharz PB (2009) Amino acid requirements in humans: with a special emphasis on the metabolic availability of amino acids. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-009-0234-y.
  17. Riedijk MA, Stoll B, Chacko S et al (2007) Methionine transmethylation and transsulfuration in the piglet gastrointestinal tract. Proc Natl Acad Sci USA 104:3408–3413.
  18. Stoll B, Henry J, Reeds PJ et al (1998) Catabolism dominates the firstpass intestinal metabolism of dietary essential amino acids in milk protein-fed piglets. J Nutr 128:606–614.
  19. Wu G (1998) Intestinal mucosal amino acid catabolism. J Nutr 128:1249–1252.
  20. Kim SW, Wu G (2004) Dietary arginine supplementation enhances the growth of milk-fed young pigs. J Nutr 134:625–630.
  21. Tujioka K, Okuyama S, Yokogoshi H et al (2007) Dietary caminobutyric acid affects the brain protein synthesis rate in young rats. Amino Acids 32:255–260.
  22. Wang JJ, Wu G, Zhou HJ, Wang FL (2008c) Emerging technologies for amino acid nutrition research in the post-genome era. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-008-0193-8.
  23. Blachier F, Mariotti F, Huneau JF, Tome´ D (2007) Effects of amino acid-derived luminal metabolites on the colonic epithelium and physiopathological consequences. Amino Acids 33:547–562.
  24. Montanez R, Rodriguez-Caso C, Sanchez-Jimenez F, Medina MA (2008) In silico analysis of arginine catabolism as a source of nitric oxide or polyamines in endothelial cells. Amino Acids 34:223–229.
  25. Morris SM Jr (2007) Arginine metabolism: boundaries of our knowledge. J Nutr 137:1602S–1609S.
  26. Rider JE, Hacker A, Mackintosh CA et al (2007) Spermine and spermidine mediate protection against oxidative damage caused by hydrogen peroxide. Amino Acids 33:231–240.
  27. Grillo MA, Colombatto S (2007) S-Adenosylmethionine and radical based catalysis. Amino Acids 32:197–202.
  28. Scolari MJ, Acosta GB (2007) D-Serine: a new world in the glutaamatergic neuro-glial language. Amino Acids 33:563–574.
  29. Sugita Y, Takao K, Toyama Y, Shirahata A (2007) Enhancement of intestinal absorption of macromolecules by spermine in rats. Amino Acids 33:253–260.
  30. Curthoys NP, Watford M (1995) Regulation of glutaminase activity and glutamine metabolism. Annu Rev Nutr 15:133–159.
  31. Rhoads JM, Argenzio RA, Chen WN et al (1997) L-Glutamine
  32. stimulates intestinal cell proliferation and activates mitogen activated protein kinases. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 272:G943–G953.
  33. El Idrissi A (2008) Taurine increases mitochondrial buffering of calcium: role in neuroprotection. Amino Acids 34:321–328.
  34. Lupi A, Tenni R, Rossi A et al (2008) Human prolidase and prolidase deficiency. Amino Acids 35:739–752.
  35. Novelli A, Tasker RAR (2008) Excitatory amino acids in epilepsy: from the clinics to the laboratory. Amino Acids 32:295–297.
  36. Phang JM, Donald SP, Pandhare J, Liu Y (2008) The metabolism of proline, as a stress substrate, modulates carcinogenic pathways. Amino Acids 35:681–690.
  37. Orlando GF,Wolf G, EngelmannM(2008) Role of neuronal nitric oxide synthase in the regulation of the neuroendocrine stress response in rodents: insights from mutant mice. Amino Acids 35:17–27.
  38. Willis A, Beander HU, Steel G, Valle D (2008) PRODH variants and risk for schizophrenia. Amino Acids 35:673–679.
  39. Wu G, Knabe DA, Kim SW (2004c) Arginine nutrition in neonatal pigs. J Nutr 134:2783S–2790S.
  40. Suenaga R, Tomonaga S, Yamane H et al (2008) Intracerebroventricular injection of L-arginine induces sedative and hypnotic effects under an acute stress in neonatal chicks. Amino Acids 35:139–146.
  41. Wu G, Bazer FW, Cudd TA et al (2004a) Maternal nutrition and fetal development. J Nutr 134:2169–2172.
  42. Wu G, Fang YZ, Yang S et al (2004b) Glutathione metabolism and its implications for health. J Nutr 134:489–492.
  43. Field CJ, Johnson IR, Schley PD (2002) Nutrients and their role in host resistance to infection. J Leukoc Biol 71:16–32.
  44. Flynn NE, Knabe DA, Mallick BK, Wu G (2000) Postnatal changes of plasma amino acids in suckling pigs. J Anim Sci 78:2369–2375.
  45. Manso Filho HC, Costa HE, Wu G et al (2009) Equine placenta expresses glutamine synthetase. Vet Res Commun 33:175–182.
  46. Stoll B, Henry J, Reeds PJ et al (1998) Catabolism dominates the firstpass intestinal metabolism of dietary essential amino acids in milk protein-fed piglets. J Nutr 128:606–614.
  47. Wu G (1998) Intestinal mucosal amino acid catabolism. J Nutr 128:1249–1252.
  48. Self JT, Spencer TE, Johnson GA et al (2004) Glutamine synthesis in the developing porcine placenta. Biol Reprod 70:1444–1451.
  49. Wu G (1995) Urea synthesis in enterocytes of developing pigs. Biochem J 312:717–723.
  50. Van Goudoever JB, Stoll B, Henry JF et al (2000) Adaptive regulation of intestinal lysine metabolism. Proc Natl Acad Sci USA 97:11620–11625.
  51. Stefan Bröer and Angelika Bröer, Amino acid homeostasis and signalling in mammalian cells and organisms, Biochem J. 2017 Jun 15; 474(12): 1935–1963, doi: 10.1042/BCJ20160822.
  52. Bar-Peled L. and Sabatini D.M. (2014) Regulation of mTORC1 by amino acids. Trends Cell Biol. 24, 400–406 doi:10.1016/j.tcb.2014.03.003.
  53. Avruch J., Long X., Ortiz-Vega S., Rapley J., Papageorgiou A. and Dai N. (2009) Amino acid regulation of TOR complex 1. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 296, E592–E602 doi:10.1152/ajpendo.90645.2008.
  54. Goberdhan D.C.I., Wilson C. and Harris A.L. (2016) Amino acid sensing by mTORC1: intracellular transporters mark the spot. Cell Metab. 23, 580–589 doi:10.1016/j.cmet.2016.03.013.
  55. Zheng L., Zhang W., Zhou Y., Li F., Wei H. and Peng J. (2016) Recent advances in understanding amino acid sensing mechanisms that regulate mTORC1. Int. J. Mol. Sci. 17, 1636 doi:10.3390/ijms17101636.
  56. Jewell J.L., Russell R.C. and Guan K.-L. (2013) Amino acid signalling upstream of mTOR. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 14, 133–139 doi:10.1038/nrm3522.
  57. Pochini L., Scalise M., Galluccio M. and Indiveri C. (2014) Membrane transporters for the special amino acid glutamine: structure/function relationships and relevance to human health. Front. Chem. 2, 61 doi:10.3389/fchem.2014.00061.
  58. Tan V.P. and Miyamoto S. (2016) Nutrient-sensing mTORC1: integration of metabolic and autophagic signals. J. Mol. Cell Cardiol. 95, 31–41 doi:10.1016/j.yjmcc.2016.01.005.
  59. Dunlop E.A. and Tee A.R. (2014) mTOR and autophagy: a dynamic relationship governed by nutrients and energy. Semin. Cell Dev. Biol. 36, 121–129 doi:10.1016/j.semcdb.2014.08.006.
  60. Hosokawa N., Hara T., Kaizuka T., Kishi C., Takamura A., Miura Y. et al. (2009) Nutrient-dependent mTORC1 association with the ULK1-Atg13-FIP200 complex required for autophagy. Mol. Biol. Cell 20, 1981–1991 doi:10.1091/mbc.E08-12-1248.
  61. Tee A.R., Manning B.D., Roux P.P., Cantley L.C. and Blenis J. (2003) Tuberous sclerosis complex gene products, Tuberin and Hamartin, control mTOR signaling by acting as a GTPase-activating protein complex toward Rheb. Curr. Biol. 13, 1259–1268 doi:10.1016/S0960-9822(03)00506-2.
  62. Dibble C.C. and Manning B.D. (2013) Signal integration by mTORC1 coordinates nutrient input with biosynthetic output. Nat. Cell Biol. 15, 555–564 doi:10.1038/ncb2763 [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  63. Sengupta S., Peterson T.R. and Sabatini D.M. (2010) Regulation of the mTOR complex 1 pathway by nutrients, growth factors, and stress. Mol. Cell 40, 310–322 doi:10.1016/j.molcel.2010.09.026.
  64. Kimura N., Tokunaga C., Dalal S., Richardson C., Yoshino K., Hara K. et al. (2003) A possible linkage between AMP-activated protein kinase (AMPK) and mammalian target of rapamycin (mTOR) signalling pathway. Genes Cells 8, 65–79 doi:10.1046/j.1365-2443.2003.00615.x.
  65. Sancak Y., Bar-Peled L., Zoncu R., Markhard A.L., Nada S. and Sabatini D.M. (2010) Ragulator-Rag complex targets mTORC1 to the lysosomal surface and is necessary for its activation by amino acids. Cell 141, 290–303 doi:10.1016/j.cell.2010.02.024.
  66. Rebsamen M., Pochini L., Stasyk T., de Araújo M.E.G., Galluccio M., Kandasamy R.K. et al. (2015) SLC38A9 is a component of the lysosomal amino acid sensing machinery that controls mTORC1. Nature 519, 477–481 doi:10.1038/nature14107.
  67. Wang S., Tsun Z.-Y., Wolfson R.L., Shen K., Wyant G.A., Plovanich M.E. et al. (2015) Lysosomal amino acid transporter SLC38A9 signals arginine sufficiency to mTORC1. Science 347, 188–194 doi:10.1126/science.1257132.
  68. Jung J., Genau H.M. and Behrends C. (2015) Amino acid-dependent mTORC1 regulation by the lysosomal membrane protein SLC38A9. Mol. Cell. Biol. 35, 2479–2494 doi:10.1128/MCB.00125-15.
  69. Zoncu R., Bar-Peled L., Efeyan A., Wang S., Sancak Y. and Sabatini D.M. (2011) mTORC1 senses lysosomal amino acids through an inside-out mechanism that requires the vacuolar H+-ATPase. Science 334, 678–683 doi:10.1126/science.1207056.
  70. Milkereit R., Persaud A., Vanoaica L., Guetg A., Verrey F. and Rotin D. (2015) LAPTM4b recruits the LAT1-4F2hc Leu transporter to lysosomes and promotes mTORC1 activation. Nat. Commun. 6, 7250 doi:10.1038/ncomms8250.
  71. Chantranupong L., Scaria S.M., Saxton R.A., Gygi M.P., Shen K., Wyant G.A. et al. (2016) The CASTOR proteins are arginine sensors for the mTORC1 pathway. Cell 165, 153–164 doi:10.1016/j.cell.2016.02.035.
  72. Wolfson R.L., Chantranupong L., Saxton R.A., Shen K., Scaria S.M., Cantor J.R. et al. (2016) Sestrin2 is a leucine sensor for the mTORC1 pathway. Science 351, 43–48 doi:10.1126/science.aab2674.
  73. Kimball S.R., Gordon B.S., Moyer J.E., Dennis M.D. and Jefferson L.S. (2016) Leucine induced dephosphorylation of Sestrin2 promotes mTORC1 activation. Cell. Signal. 28, 896–906 doi:10.1016/j.cellsig.2016.03.008.
  74. Ho A., Cho C.-S., Namkoong S., Cho U.-S. and Lee J.H. (2016) Biochemical basis of sestrin physiological activities. Trends Biochem. Sci. 41, 621–632 doi:10.1016/j.tibs.2016.04.005.
  75. Han J.M., Jeong S.J., Park M.C., Kim G., Kwon N.H., Kim H.K. et al. (2012) Leucyl-tRNA synthetase is an intracellular leucine sensor for the mTORC1-signaling pathway. Cell 149, 410–424 doi:10.1016/j.cell.2012.02.044.
  76. Lee J.H., Cho U.-S. and Karin M. (2016) Sestrin regulation of TORC1: is sestrin a leucine sensor? Sci. Signal. 9, re5 doi:10.1126/scisignal.aaf2885.
  77. 25. Heublein S., Kazi S., Ögmundsdóttir M.H., Attwood E.V., Kala S., Boyd C.A.R. et al. (2010) Proton-assisted amino-acid transporters are conserved regulators of proliferation and amino-acid-dependent mTORC1 activation. Oncogene 29, 4068–4079 doi:10.1038/onc.2010.177.
  78. Gallinetti J., Harputlugil E. and Mitchell J.R. (2013) Amino acid sensing in dietary-restriction-mediated longevity: roles of signal-transducing kinases GCN2 and TOR. Biochem. J. 449, 1–10 doi:10.1042/BJ20121098.
  79. Balasubramanian M.N., Butterworth E.A. and Kilberg M.S. (2013) Asparagine synthetase: regulation by cell stress and involvement in tumor biology. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 304, E789–E799 doi:10.1152/ajpendo.00015.2013.
  80. Ye J., Kumanova M., Hart L.S., Sloane K., Zhang H., De Panis D.N. et al. (2010) The GCN2-ATF4 pathway is critical for tumour cell survival and proliferation in response to nutrient deprivation. EMBO J. 29, 2082–2096 doi:10.1038/emboj.2010.81.
  81. Elf J., Nilsson D., Tenson T. and Ehrenberg M. (2003) Selective charging of tRNA isoacceptors explains patterns of codon usage. Science 300, 1718–1722 doi:10.1126/science.1083811.
  82. Padyana A.K., Qiu H., Roll-Mecak A., Hinnebusch A.G. and Burley S.K. (2005) Structural basis for autoinhibition and mutational activation of eukaryotic initiation factor 2α protein kinase GCN2. J. Biol. Chem. 280, 29289–29299 doi:10.1074/jbc.M504096200.
  83. Wellendorph P. and Bräuner-Osborne H. (2009) Molecular basis for amino acid sensing by family C G-protein-coupled receptors. Br. J. Pharmacol. 156, 869–884 doi:10.1111/j.1476-5381.2008.00078.x.
  84. Conigrave A.D. and Hampson D.R. (2010) Broad-spectrum amino acid-sensing class C G-protein coupled receptors: molecular mechanisms, physiological significance and options for drug development. Pharmacol. Ther. 127, 252–260 doi:10.1016/j.pharmthera.2010.04.007.
  85. Ribeiro F.M., Vieira L.B., Pires R.G.W., Olmo R.P. and Ferguson S.S.G. (2017) Metabotropic glutamate receptors and neurodegenerative diseases. Pharmacol. Res. 115, 179–191 doi:10.1016/j.phrs.2016.11.013.
  86. Lin H.V., Efanov A.M., Fang X., Beavers L.S., Wang X., Wang J. et al. (2016) GPR142 controls tryptophan-induced insulin and incretin hormone secretion to improve glucose metabolism. PLoS ONE 11, e0157298 doi:10.1371/journal.pone.0157298.
  87. Wauson E.M., Lorente-Rodríguez A. and Cobb M.H. (2013) Minireview: nutrient sensing by G protein-coupled receptors. Mol. Endocrinol. 27, 1188–1197 doi:10.1210/me.2013-1100.
  88. Nguyen C.A., Akiba Y. and Kaunitz J.D. (2012) Recent advances in gut nutrient chemosensing. Curr. Med. Chem. 19, 28–34 doi:10.2174/092986712803414033.
  89. Chaveroux C., Jousse C., Cherasse Y., Maurin A.-C., Parry L., Carraro V. et al. (2009) Identification of a novel amino acid response pathway triggering ATF2 phosphorylation in mammals. Mol. Cell. Biol. 29, 6515–6526 doi:10.1128/MCB.00489-09.
  90. Hundal H.S. and Taylor P.M. (2009) Amino acid transceptors: gate keepers of nutrient exchange and regulators of nutrient signaling. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metabol. 296, E603–E613 doi:10.1152/ajpendo.91002.2008.
  91. Conrad M., Schothorst J., Kankipati H.N., Van Zeebroeck G., Rubio-Texeira M. and Thevelein J.M. (2014) Nutrient sensing and signaling in the yeast Saccharomyces cerevisiae. FEMS Microbiol. Rev. 38, 254–299 doi:10.1111/1574-6976.12065.
  92. Taylor P.M. (2014) Role of amino acid transporters in amino acid sensing. Am. J. Clin. Nutr. 99, 223S–230S doi:10.3945/ajcn.113.070086.
  93. Hyde R., Cwiklinski E.L., MacAulay K., Taylor P.M. and Hundal H.S. (2007) Distinct sensor pathways in the hierarchical control of SNAT2, a putative amino acid transceptor, by amino acid availability. J. Biol. Chem. 282, 19788–19798 doi:10.1074/jbc.M611520200.
  94. Gaccioliy F., Huang C.C., Wang C., Bevilacqua E., Franchi-Gazzola R., Gazzola G.C. et al. (2006) Amino acid starvation induces the SNAT2 neutral amino acid transporter by a mechanism that involves eukaryotic initiation factor 2α phosphorylation and cap-independent translation. J. Biol. Chem. 281, 17929–17940 doi:10.1074/jbc.M600341200.
  95. Palii S.S., Chen H. and Kilberg M.S. (2004) Transcriptional control of the human sodium-coupled neutral amino acid transporter system A gene by amino acid availability is mediated by an intronic element. J. Biol. Chem. 279, 3463–3471 doi:10.1074/jbc.M310483200.
  96. Jeon Y.J., Khelifa S., Ratnikov B., Scott D.A., Feng Y., Parisi F. et al. (2015) Regulation of glutamine carrier proteins by RNF5 determines breast cancer response to ER stress-inducing chemotherapies. Cancer Cell 27, 354–369 doi:10.1016/j.ccell. 2015.02.006.
  97. Díez-Fernández C., Gallego J., Häberle J., Cervera J. and Rubio V. (2015) The study of carbamoyl phosphate synthetase 1 deficiency sheds light on the mechanism for switching on/off the urea cycle. J. Genet. Genomics 42, 249–260 doi:10.1016/j.jgg.2015.03.009.
  98. Li M., Li C., Allen A., Stanley C.A. and Smith T.J. (2012) The structure and allosteric regulation of mammalian glutamate dehydrogenase. Arch. Biochem. Biophys. 519, 69–80 doi:10.1016/j.abb.2011.10.015.
  99. Stewart P.M. and Walser M. (1980) Short term regulation of ureagenesis. J. Biol. Chem. 255, 5270–5280.
  100. Mourão J.M., McGivan J.D. and Chappell J.B. (1975) The effects l-leucine on the synthesis of urea, glutamate and glutamine by isolated rat liver cells. Biochem. J. 146, 457–464 doi:10.1042/bj1460457.
  101. Li M., Li C., Allen A., Stanley C.A. and Smith T.J. (2014) Glutamate dehydrogenase: structure, allosteric regulation, and role in insulin homeostasis. Neurochem. Res. 39, 433–445 doi:10.1007/s11064-013-1173-2.
  102. Christensen H.N. (1966) Methods for distinguishing amino acid transport systems of a given cell or tissue. Fed. Proc. 25, 850–853.
  103. Bröer S. and Palacin M. (2011) The role of amino acid transporters in inherited and acquired diseases. Biochem. J. 436, 193–211 doi:10.1042/BJ20101912.
  104. Hediger M.A., Clémençon B., Burrier R.E. and Bruford E.A. (2013) The ABCs of membrane transporters in health and disease (SLC series): introduction. Mol. Aspects Med. 34, 95–107 doi:10.1016/j.mam.2012.12.009.
  105. Palacín M., Estévez R., Bertran J. and Zorzano A. (1998) Molecular biology of mammalian plasma membrane amino acid transporters. Physiol. Rev. 78, 969–1054.
  106. Thorens B. (1996) Glucose transporters in the regulation of intestinal, renal, and liver glucose fluxes. Am. J. Physiol. 270(4 Pt 1), G541–G553.
  107. Bergström J., Fürst P., Norée L.O. and Vinnars E. (1974) Intracellular free amino acid concentration in human muscle tissue. J. Appl. Physiol. 36, 693–697.
  108. Hoffmann E.K. and Lambert I.H. (1983) Amino acid transport and cell volume regulation in Ehrlich ascites tumour cells. J. Physiol. 338, 613–625 doi:10.1113/jphysiol.1983.sp014692.
  109. Perland E. and Fredriksson R. (2016) Classification systems of secondary active transporters. Trends Pharmacol. Sci. 38, 305–315 doi:10.1016/j.tips.2016.11.008.
  110. Barretina J., Caponigro G., Stransky N., Venkatesan K., Margolin A.A., Kim S. et al. (2012) The Cancer Cell Line Encyclopedia enables predictive modelling of anticancer drug sensitivity. Nature 483, 603–607 doi:10.1038/nature11003.
  111. Bröer A., Rahimi F. and Bröer S. (2016) Deletion of amino acid transporter ASCT2 (SLC1A5) reveals an essential role for transporters SNAT1 (SLC38A1) and SNAT2 (SLC38A2) to sustain glutaminolysis in cancer cells. J. Biol. Chem. 291, 13194–13205 doi:10.1074/jbc.M115.700534.
  112. Arriza J.L., Kavanaugh M.P., Fairman W.A., Wu Y.N., Murdoch G.H., North R.A. et al. (1993) Cloning and expression of a human neutral amino acid transporter with structural similarity to the glutamate transporter gene family. J. Biol. Chem. 268, 15329–15332.
  113. Utsunomiya-Tate N., Endou H. and Kanai Y. (1996) Cloning and functional characterization of a system ASC-like Na+-dependent neutral amino acid transporter. J. Biol. Chem. 271, 14883–14890 doi:10.1074/jbc.271.25.14883.
  114. Kanai Y., Segawa H., Miyamoto K.-i., Uchino H., Takeda E. and Endou H. (1998) Expression cloning and characterization of a transporter for large neutral amino acids activated by the heavy chain of 4F2 antigen (CD98). J. Biol. Chem. 273, 23629–23632 doi:10.1074/jbc.273.37.23629.
  115. Mastroberardino L., Spindler B., Pfeiffer R., Skelly P.J., Loffing J., Shoemaker C.B. et al. (1998) Amino-acid transport by heterodimers of 4F2hc/CD98 and members of a permease family. Nature 395, 288–291 doi:10.1038/26246.
  116. Khunweeraphong N., Nagamori S., Wiriyasermkul P., Nishinaka Y., Wongthai P., Ohgaki R. et al. (2012) Establishment of stable cell lines with high expression of heterodimers of human 4F2hc and human amino acid transporter LAT1 or LAT2 and delineation of their differential interaction with α-alkyl moieties. J. Pharmacol. Sci. 119, 368–380 doi:10.1254/jphs.12124FP.
  117. Segawa H., Fukasawa Y., Miyamoto K., Takeda E., Endou H. and Kanai Y. (1999) Identification and functional characterization of a Na+-independent neutral amino acid transporter with broad substrate selectivity. J. Biol. Chem. 274, 19745–19751 doi:10.1074/jbc.274.28.19745.
  118. Bröer S. (2014) The SLC38 family of sodium-amino acid co-transporters. Pflugers Arch. Eur. J. Physiol. 466, 155–172 doi:10.1007/s00424-013-1393-y.
  119. Bhutia Y.D. and Ganapathy V. (2016) Glutamine transporters in mammalian cells and their functions in physiology and cancer. Biochim. Biophys. Acta 1863, 2531–2539 doi:10.1016/j.bbamcr.2015.12.017.
  120. Pochini L., Scalise M., Galluccio M. and Indiveri C. (2014) Membrane transporters for the special amino acid glutamine: structure/function relationships and relevance to human health. Front. Chem. 2, 61 doi:10.3389/fchem.2014.00061.
  121. Krall A.S., Xu S., Graeber T.G., Braas D. and Christofk H.R. (2016) Asparagine promotes cancer cell proliferation through use as an amino acid exchange factor. Nat. Commun. 7, 11457 doi:10.1038/ncomms11457.
  122. Kilberg M.S., Balasubramanian M., Fu L. and Shan J. (2012) The transcription factor network associated with the amino acid response in mammalian cells. Adv. Nutr. 3, 295–306 doi:10.3945/an.112.001891.
  123. Closs E.I., Simon A., Vékony N. and Rotmann A. (2004) Plasma membrane transporters for arginine. J. Nutr. 134, 2752S–2759S; discussion 2765S–2767S.
  124. Kavanaugh M.P. (1993) Voltage dependence of facilitated arginine flux mediated by the system y+ basic amino acid transporter. Biochemistry 32, 5781–5785 doi:10.1021/bi00073a009.
  125. Hatzoglou M., Fernandez J., Yaman I. and Closs E. (2004) Regulation of cationic amino acid transport: the story of the CAT-1 transporter. Annu. Rev. Nutr. 24, 377–399 doi:10.1146/annurev.nutr.23.011702.073120.
  126. Bröer A., Wagner C.A., Lang F. and Bröer S. (2000) The heterodimeric amino acid transporter 4F2hc/y+LAT2 mediates arginine efflux in exchange with glutamine. Biochem. J. 349, 787–795 doi:10.1042/bj3490787.
  127. Pedersen S.F., Okada Y. and Nilius B. (2016) Biophysics and physiology of the volume-regulated anion channel (VRAC)/volume-sensitive outwardly rectifying anion channel (VSOR). Pflugers Arch. 468, 371–383 doi:10.1007/s00424-015-1781-6.
  128. Wadiche J.I., Amara S.G. and Kavanaugh M.P. (1995) Ion fluxes associated with excitatory amino acid transport. Neuron 15, 721–728 doi:10.1016/0896-6273(95)90159-0.
  129. Billups B., Rossi D., Oshima T., Warr O., Takahashi M., Sarantis M. et al. (1998) Physiological and pathological operation of glutamate transporters. Prog. Brain Res. 116, 45–57 doi:10.1016/S0079-6123(08)60429-X.
  130. Zhou Y., Wang X., Tzingounis A.V., Danbolt N.C. and Larsson H.P. (2014) EAAT2 (GLT-1; slc1a2) glutamate transporters reconstituted in liposomes argues against heteroexchange being substantially faster than net uptake. J. Neurosci. 34, 13472–13485 doi:10.1523/JNEUROSCI.2282-14.2014.
  131. Sharma M.K., Seidlitz E.P. and Singh G. (2010) Cancer cells release glutamate via the cystine/glutamate antiporter. Biochem. Biophys. Res. Commun. 391, 91–95 doi:10.1016/j.bbrc.2009.10.168.
  132. Conrad M. and Sato H. (2012) The oxidative stress-inducible cystine/glutamate antiporter, system xc−: cystine supplier and beyond. Amino Acids 42, 231–246 doi:10.1007/s00726-011-0867-5.
  133. D’Aniello C., Fico A., Casalino L., Guardiola O., Di Napoli G., Cermola F. et al. (2015) A novel autoregulatory loop between the Gcn2-Atf4 pathway and l-Proline metabolism controls stem cell identity. Cell Death Differ. 22, 1094–1105 doi:10.1038/cdd.2015.24.
  134. Han J., Back S.H., Hur J., Lin Y.-H., Gildersleeve R., Shan J. et al. (2013) ER-stress-induced transcriptional regulation increases protein synthesis leading to cell death. Nat. Cell Biol. 15, 481–490 doi:10.1038/ncb2738.
  135. Phang J.M., Liu W., Hancock C.N. and Fischer J.W. (2015) Proline metabolism and cancer: emerging links to glutamine and collagen. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metabol. Care 18, 71–77 doi:10.1097/MCO.0000000000000121.
  136. Tan B.S.N., Lonic A., Morris M.B., Rathjen P.D. and Rathjen J. (2011) The amino acid transporter SNAT2 mediates l-proline-induced differentiation of ES cells. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 300, C1270–C1279 doi:10.1152/ajpcell.00235 .2010.
  137. Kilberg M.S., Terada N. and Shan J. (2016) Influence of amino acid metabolism on embryonic stem cell function and differentiation. Adv. Nutr. 7, 780S–789S doi:10.3945/an.115.011031.
  138. D’Aniello C., Fico A., Casalino L., Guardiola O., Di Napoli G., Cermola F. et al. (2015) A novel autoregulatory loop between the Gcn2-Atf4 pathway and l-Proline metabolism controls stem cell identity. Cell Death Differ. 22, 1234 doi:10.1038/cdd.2015.64.
  139. DeNicola G.M., Chen P.-H., Mullarky E., Sudderth J.A., Hu Z., Wu D. et al. (2015) NRF2 regulates serine biosynthesis in non-small cell lung cancer. Nat. Genet. 47, 1475–1481 doi:10.1038/ng.3421.
  140. Hutson S.M., Sweatt A.J. and Lanoue K.F. (2005) Branched-chain [corrected] amino acid metabolism: implications for establishing safe intakes. J. Nutr. 135, 1557S–1564S.
  141. Ananieva E.A., Powell J.D. and Hutson S.M. (2016) Leucine metabolism in T cell activation: mTOR signaling and beyond. Adv. Nutr. 7, 798S–805S doi:10.3945/an.115.011221.
  142. Harper A.E., Miller R.H. and Block K.P. (1984) Branched-chain amino acid metabolism. Annu. Rev. Nutr. 4, 409–454 doi:10.1146/annurev.nu.04.070184.00 2205.
  143. Brosnan J.T. and Brosnan M.E. (2006) Branched-chain amino acids: enzyme and substrate regulation. J. Nutr. 136(1 Suppl), 207S–211S.
  144. Lu G., Sun H., She P., Youn J.-Y., Warburton S., Ping P. et al. (2009) Protein phosphatase 2Cm is a critical regulator of branched-chain amino acid catabolism in mice and cultured cells. J. Clin. Invest. 119, 1678–1687 doi:10.1172/JCI38151.
  145. Mauro V.P. and Chappell S.A. (2014) A critical analysis of codon optimization in human therapeutics. Trends Mol. Med. 20, 604–613 doi:10.1016/j.molmed.2014.09.003.
  146. Piper M.D.W., Soultoukis G.A., Blanc E., Mesaros A., Herbert S.L., Juricic P. et al. (2017) Matching dietary amino acid balance to the in silico-translated exome optimizes growth and reproduction without cost to lifespan. Cell Metab. 25, 610–621 doi:10.1016/j.cmet.2017.02.005.
  147. Kimball S.R. and Jefferson L.S. (2005) Role of amino acids in the translational control of protein synthesis in mammals. Semin. Cell Dev. Biol. 16, 21–27 doi:10.1016/j.semcdb.2004.11.009.
  148. Hinnebusch A.G., Ivanov I.P. and Sonenberg N. (2016) Translational control by 5′-untranslated regions of eukaryotic mRNAs. Science 352, 1413–1416 doi:10.1126/science.aad9868.
  149. Kimball S.R. and Jefferson L.S. (2010) Control of translation initiation through integration of signals generated by hormones, nutrients, and exercise. J. Biol. Chem. 285, 29027–29032 doi:10.1074/jbc.R110.137208.
  150. Hinnebusch A.G. (1994) The eIF-2α kinases: regulators of protein synthesis in starvation and stress. Semin. Cell Biol. 5, 417–426 doi:10.1006/scel.1994.1049.
  151. Dennis M.D., Jefferson L.S. and Kimball S.R. (2012) Role of p70S6K1-mediated phosphorylation of eIF4B and PDCD4 proteins in the regulation of protein synthesis. J. Biol. Chem. 287, 42890–42899 doi:10.1074/jbc.M112.404822.
  152. Yang H.-S., Jansen A.P., Komar A.A., Zheng X., Merrick W.C., Costes S. et al. (2003) The transformation suppressor Pdcd4 is a novel eukaryotic translation initiation factor 4A binding protein that inhibits translation. Mol. Cell. Biol. 23, 26–37 doi:10.1128/MCB.23.1.26-37.2003.
  153. Kimball S.R. (2001) Regulation of translation initiation by amino acids in eukaryotic cells. Prog. Mol. Subcell. Biol. 26, 155–184 doi:10.1007/978-3-642-56688-2_6.
  154. Somers J., Pöyry T. and Willis A.E. (2013) A perspective on mammalian upstream open reading frame function. Int. J. Biochem. Cell Biol. 45, 1690–1700 doi:10.1016/j.biocel.2013.04.020.
  155. Vattem K.M. and Wek R.C. (2004) Reinitiation involving upstream ORFs regulates ATF4 mRNA translation in mammalian cells. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 101, 11269–11274 doi:10.1073/pnas.0400541101.
  156. Young S.K. and Wek R.C. (2016) Upstream open reading frames differentially regulate gene-specific translation in the integrated stress response. J. Biol. Chem. 291, 16927–16935 doi:10.1074/jbc.R116.733899.
  157. Yaman I., Fernandez J., Liu H., Caprara M., Komar A.A., Koromilas A.E. et al. (2003) The zipper model of translational control: a small upstream ORF is the switch that controls structural remodeling of an mRNA leader. Cell 113, 519–531 doi:10.1016/S0092-8674(03)00345-3.
  158. Cohen-Kaplan V., Livneh I., Avni N., Cohen-Rosenzweig C. and Ciechanover A. (2016) The ubiquitin-proteasome system and autophagy: coordinated and independent activities. Int. J. Biochem. Cell Biol. 79, 403–418 doi:10.1016/j.biocel. 2016.07.019.
  159. Yang Z. and Klionsky D.J. (2010) Mammalian autophagy: core molecular machinery and signaling regulation. Curr. Opin. Cell Biol. 22, 124–131 doi:10.1016/j.ceb.2009.11.014.
  160. Kroemer G., Mariño G. and Levine B. (2010) Autophagy and the integrated stress response. Mol. Cell 40, 280–293 doi:10.1016/j.molcel.2010.09.023.
  161. Kuma A. and Mizushima N. (2010) Physiological role of autophagy as an intracellular recycling system: with an emphasis on nutrient metabolism. Semin. Cell Dev. Biol. 21, 683–690 doi:10.1016/j.semcdb.2010.03.002.
  162. Meijer A.J., Lorin S., Blommaart E.F. and Codogno P. (2015) Regulation of autophagy by amino acids and MTOR-dependent signal transduction. Amino Acids 47, 2037–2063 doi:10.1007/s00726-014-1765-4.
  163. Carroll B., Korolchuk V.I. and Sarkar S. (2015) Amino acids and autophagy: cross-talk and co-operation to control cellular homeostasis. Amino Acids 47, 2065–2088 doi:10.1007/s00726-014-1775-2.
  164. Ravikumar B., Sarkar S., Davies J.E., Futter M., Garcia-Arencibia M., Green-Thompson Z.W. et al. (2010) Regulation of mammalian autophagy in physiology and pathophysiology. Physiol. Rev. 90, 1383–1435 doi:10.1152/physrev.00030. 2009.
  165. Bissa B., Beedle A.M. and Govindarajan R. (2016) Lysosomal solute carrier transporters gain momentum in research. Clin. Pharmacol. Ther. 100, 431–436 doi:10.1002/cpt.450.
  166. Xu H. and Ren D. (2015) Lysosomal physiology. Annu. Rev. Physiol. 77, 57–80 doi:10.1146/annurev-physiol-021014-071649.
  167. Anderson C.M.H., Grenade D.S., Boll M., Foltz M., Wake K.A., Kennedy D.J. et al. (2004) H+/amino acid transporter 1 (PAT1) is the imino acid carrier: an intestinal nutrient/drug transporter in human and rat. Gastroenterology 127, 1410–1422 doi:10.1053/j.gastro.2004.08.017 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  168. Harms E., Gochman N. and Schneider J.A. (1981) Lysosomal pool of free-amino acids. Biochem. Biophys. Res. Commun. 99, 830–836 doi:10.1016/0006-291X(81)91239-0.
  169. Glickman M.H. and Ciechanover A. (2002) The ubiquitin-proteasome proteolytic pathway: destruction for the sake of construction. Physiol. Rev. 82, 373–428 doi:10.1152/physrev.00027.2001.
  170. Finley D. (2009) Recognition and processing of ubiquitin-protein conjugates by the proteasome. Annu. Rev. Biochem. 78, 477–513 doi:10.1146/annurev.biochem. 78.081507.101607.
  171. Goldberg A.L., Cascio P., Saric T. and Rock K.L. (2002) The importance of the proteasome and subsequent proteolytic steps in the generation of antigenic peptides. Mol. Immunol. 39, 147–164 doi:10.1016/S0161-5890(02)00098-6.
  172. Cynober L.A. (2002) Plasma amino acid levels with a note on membrane transport: characteristics, regulation, and metabolic significance. Nutrition 18, 761–766 doi:10.1016/S0899-9007(02)00780-3.
  173. Lindner M.C. (1991) Nutrition and metabolism of proteins In Nutritional Biochemistry and Metabolism (Lindner M.C., ed.). pp. 87–109, Elsevier, New York.
  174. Fairweather S., Bröer A., O’Mara M.L. and Bröer S. (2012) Intestinal peptidases form functional complexes with the neutral amino acid transporter B0 AT1. Biochem. J. 446, 135–148 doi:10.1042/BJ20120307.
  175. Matthews D.M. (1991) Protein Absorption, Wiley-Liss, New York.
  176. Bröer S. (2008) Amino Acid transport across mammalian intestinal and renal epithelia. Physiol. Rev. 88, 249–286 doi:10.1152/physrev.00018.2006.
  177. Kanai Y., Stelzner M., Nussberger S., Khawaja S., Hebert S.C., Smith C.P. et al. (1994) The neuronal and epithelial human high affinity glutamate transporter. Insights into structure and mechanism of transport. J. Biol. Chem. 269, 20599–20606.
  178. Palacín M., Borsani G. and Sebastio G. (2001) The molecular bases of cystinuria and lysinuric protein intolerance. Curr. Opin. Genet. Dev. 11, 328–335 doi:10.1016/S0959-437X(00)00198-2.
  179. Kowalczuk S., Bröer A., Tietze N., Vanslambrouck J.M., Rasko J.E.J. and Bröer S. (2008) A protein complex in the brush-border membrane explains a Hartnup disorder allele. FASEB J. 22, 2880–2887 doi:10.1096/fj.08-107300.
  180. Αniel H. (2004) Molecular and integrative physiology of intestinal peptide transport. Annu. Rev. Physiol. 66, 361–384 doi:10.1146/annurev.physiol.66. 032102.144149.
  181. Bröer S. (2013) Epithelial neutral amino acid transporters: lessons from mouse models. Curr. Opin. Nephrol. Hypertens. 22, 539–544 doi:10.1097/MNH.0b013 e328363fff6.
  182. Dave M.H., Schulz N., Zecevic M., Wagner C.A. and Verrey F. (2004) Expression of heteromeric amino acid transporters along the murine intestine. J. Physiol. 558, 597–610 doi:10.1113/jphysiol.2004.065037.
  183. Chillarón J., Roca R., Valencia A., Zorzano A. and Palacín M. (2001) Heteromeric amino acid transporters: biochemistry, genetics, and physiology. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 281, F995–F1018.
  184. Verrey F., Closs E.I., Wagner C.A., Palacin M., Endou H. and Kanai Y. (2004) CATs and HATs: the SLC7 family of amino acid transporters. Pflugers Arch. 447, 532–542 doi:10.1007/s00424-003-1086-z.
  185. Ramadan T., Camargo S.M.R., Herzog B., Bordin M., Pos K.M. and Verrey F. (2007) Recycling of aromatic amino acids via TAT1 allows efflux of neutral amino acids via LAT2-4F2hc exchanger. Pflugers Arch. 454, 507–516 doi:10.1007/s00424-007-0209-3.
  186. Guetg A., Mariotta L., Bock L., Herzog B., Fingerhut R., Camargo S.M.R. et al. (2015) Essential amino acid transporter Lat4 (Slc43a2) is required for mouse development. J. Physiol. 593, 1273–1289 doi:10.1113/jphysiol.2014.283960.
  187. Palacı´n M., Bertran J., Chillarón J., Estévez R. and Zorzano A. (2004) Lysinuric protein intolerance: mechanisms of pathophysiology. Mol. Genet. Metab. 81(Suppl), 27–37 doi:10.1016/j.ymgme.2003.11.015.
  188. Clark H.E., Stuff J.T., Moon W.H. and Bailey L.B. (1975) Nitrogen retention and plasma amino acids of men who consumed isonitrogenous diets containing egg albumen or mixtures of amino acids. Am. J. Clin. Nutr. 28, 316–324.
  189. Felig P., Owen O.E., Wahren J. and Cahill G.F. Jr (1969) Amino acid metabolism during prolonged starvation. J. Clin. Invest. 48, 584–594 doi:10.1172/JCI106017.
  190. Milsom J.P., Morgan M.Y. and Sherlock S. (1979) Factors affecting plasma amino acid concentrations in control subjects. Metabolism 28, 313–319 doi:10.1016/0026-0495(79)90101-X.
  191. Cynober L.A. (2002) Plasma amino acid levels with a note on membrane transport: characteristics, regulation, and metabolic significance. Nutrition 18, 761–766 doi:10.1016/S0899-9007(02)00780-3.
  192. Bröer S. (2008) Amino Acid transport across mammalian intestinal and renal epithelia. Physiol. Rev. 88, 249–286 doi:10.1152/physrev.00018.2006.
  193. Verrey F., Singer D., Ramadan T., Vuille-dit-Bille R.N., Mariotta L. and Camargo S.M.R. (2009) Kidney amino acid transport. Pflugers Arch. 458, 53–60 doi:10.1007/s00424-009-0638-2.
  194. Nagamori S., Wiriyasermkul P., Guarch M.E., Okuyama H., Nakagomi S., Tadagaki K. et al. (2016) Novel cystine transporter in renal proximal tubule identified as a missing partner of cystinuria-related plasma membrane protein rBAT/SLC3A1. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 113, 775–780 doi:10.1073/pnas.1519959113.
  195. Bröer S. (2009) The role of the neutral amino acid transporter B0 AT1 (SLC6A19) in Hartnup disorder and protein nutrition. IUBMB Life 61, 591–599 doi:10.1002/iub.210.
  196. Makrides V., Camargo S.M.R. and Verrey F. (2014) Transport of amino acids in the kidney. Compr. Physiol. 22(Suppl 1), 367–403 doi:10.1002/cphy.c130028.
  197. Smith D.E., Clémençon B. and Hediger M.A. (2013) Proton-coupled oligopeptide transporter family SLC15: physiological, pharmacological and pathological implications. Mol. Aspects Med. 34, 323–336 doi:10.1016/j.mam.2012.11.003.
  198. Palacin M. and Broer S. (2014) Amino acid transporter defects In Physician’s Guide to the Diagnosis, Treatment, and Follow-Up of Inherited Metabolic Diseases (Thöny B., Duran M., Gibson K.M. and Dionisi-Vici C., eds). pp. 85–99, Springer-Verlag, Berlin.
  199. Zorzano A., Fandos C. and Palacín M. (2000) Role of plasma membrane transporters in muscle metabolism. Biochem. J. 349, 667–688 doi:10.1042/bj3490667.
  200. McGivan J.D. and Bungard C.I. (2007) The transport of glutamine into mammalian cells. Front. Biosci. 12, 874–882 doi:10.2741/2109.
  201. Hyde R., Christie G.R., Litherland G.J., Hajduch E., Taylor P.M. and Hundal H.S. (2001) Subcellular localization and adaptive up-regulation of the System A (SAT2) amino acid transporter in skeletal-muscle cells and adipocytes. Biochem. J. 355, 563–568 doi:10.1042/bj3550563.
  202. Hyde R., Peyrollier K. and Hundal H.S. (2002) Insulin promotes the cell surface recruitment of the SAT2/ATA2 system A amino acid transporter from an endosomal compartment in skeletal muscle cells. J. Biol. Chem. 277, 13628–13634 doi:10.1074/jbc.M108609200.
  203. Hyde R., Hajduch E., Powell D.J., Taylor P.M. and Hundal H.S. (2005) Ceramide down-regulates system A amino acid transport and protein synthesis in rat skeletal muscle cells. FASEB J. 19, 461–463 doi:10.1096/fj.04-2284fje.
  204. Dolgodilina E., Imobersteg S., Laczko E., Welt T., Verrey F. and Makrides V. (2016) Brain interstitial fluid glutamine homeostasis is controlled by blood-brain barrier SLC7A5/LAT1 amino acid transporter. J. Cereb. Blood Flow Metab. 36, 1929–1941 doi:10.1177/0271678X15609331.
  205. Neis E.P.J.G., Sabrkhany S., Hundscheid I., Schellekens D., Lenaerts K., Olde Damink S.W. et al. (2017) Human splanchnic amino-acid metabolism. Amino Acids 49, 161–172 doi:10.1007/s00726-016-2344-7.
  206. Breuillard C., Cynober L. and Moinard C. (2015) Citrulline and nitrogen homeostasis: an overview. Amino Acids 47, 685–691 doi:10.1007/s00726-015-1932-2.
  207. Tamarappoo B.K., Nam M., Kilberg M.S. and Welbourne T.C. (1993) Glucocorticoid regulation of splanchnic glutamine, alanine, glutamate, ammonia, and glutathione fluxes. Am. J. Physiol. 264(4 Pt 1), E526–E533.
  208. Felig P., Marliss E., Pozefsky T. and Cahill G.F. Jr (1970) Amino acid metabolism in the regulation of gluconeogenesis in man. Am. J. Clin. Nutr. 23, 986–992.
  209. Felig P. and Wahren J. (1971) Amino acid metabolism in exercising man. J. Clin. Invest. 50, 2703–2714 doi:10.1172/JCI106771.
  210. Frayn K.N., Khan K., Coppack S.W. and Elia M. (1991) Amino acid metabolism in human subcutaneous adipose tissue in vivo. Clin. Sci. 80, 471–474 doi:10.1042/cs0800471.
  211. Wu G. and Morris S.M. Jr (1998) Arginine metabolism: nitric oxide and beyond. Biochem. J. 336(Pt 1), 1–17 doi:10.1042/bj3360001.
  212. Wahren J., Ekberg K., Fernqvist-Forbes E. and Nair S. (1999) Brain substrate utilisation during acute hypoglycaemia. Diabetologia 42, 812–818 doi:10.1007/s001250051231.
  213. Berg A., Bellander B.M., Wanecek M., Norberg A., Ungerstedt U., Rooyackers O. et al. (2008) The pattern of amino acid exchange across the brain is unaffected by intravenous glutamine supplementation in head trauma patients. Clin. Nutr. 27, 816–821 doi:10.1016/j.clnu.2008.06.006.
  214. Waterlow J.C. (1999) The mysteries of nitrogen balance. Nutr. Res. Rev. 12, 25–54 doi:10.1079/095442299108728857.
  215. Meijer A.J., Lamers W.H. and Chamuleau R.A. (1990) Nitrogen metabolism and ornithine cycle function. Physiol. Rev. 70, 701–748.
  216. Blau N., Duran M., Gibson K.M. and Dionisi-Vici C. (2014) Physician’s Guide to the Diagnosis, Treatment, and Follow-up of Inherited Metabolic Disease, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg.
  217. Blau N. and van Spronsen F.J. (2014) Disorders of phenylalanine and tetrahydrobiopterin metabolism In Physician’s Guide to the Diagnosis, Treatment, and Follow-Up of Inherited Metabolic Diseases (Blau N., Duran M., Gibson K.M. and Dionisi-Vici C., eds). pp. 3–21, Springer-Verlag, Heidelberg.
  218. Holme E. and Mitchell G.A. (2014) Tyrosine metabolism In Physician’s Guide to the Diagnosis, Treatment, and Follow-Up of Inherited Metabolic Diseases (Blau N., Duran M., Gibson K.M. and Dionisi-Vici C., eds). pp. 23–32, Springer-Verlag, Heidelberg.
  219. Baric I. and Fowler B. (2014) Sulphur amino acids In Physician’s Guide to the Diagnosis, Treatment, and Follow-Up of Inherited Metabolic Diseases (Blau N., Duran M., Gibson K.M. and Dionisi-Vici C., eds), pp. 33–46, Springer-Verlag, Heidelberg.
  220. Haberle J. and Rubio V. (2014) Hyperammonemias and related disorders In Physician’s Guide to the Diagnosis, Treatment, and Follow-Up of Inherited Metabolic Diseases (Blau N., Duran M., Gibson K.M. and Dionisi-Vici C., eds). pp. 47–62, Springer-Verlag, Heidelberg.
  221. Van Hove J.L.K. and Thomas J.A. (2014) Disorders of glycine, serine, GABA, and proline metabolism In Physician’s Guide to the Diagnosis, Treatment, and Follow-Up of Inherited Metabolic Diseases (Blau N., Duran M., Gibson K.M. and Dionisi-Vici C., eds). pp. 63–83, Springer-Verlag, Heidelberg.
  222. Knerr I., Vockley J. and Gibson K.M. (2014) Disorders of leucine, isoleucine and valine metabolism In Physician’s Guide to the Diagnosis, Treatment, and Follow-Up of Inherited Metabolic Diseases (Blau N., Duran M., Gibson K.M. and Dionisi-Vici C., eds), pp. 103–141, Springer-Verlag, Heidelberg.
  223. Rennie M.J., Edwards R.H.T., Halliday D., Matthews D.E., Wolman S.L. and Millward D.J. (1982) Muscle protein synthesis measured by stable isotope techniques in man: the effects of feeding and fasting. Clin. Sci. 63, 519–523 doi:10.1042/cs0630519.
  224. Vary T.C., Jefferson L.S. and Kimball S.R. (1999) Amino acid-induced stimulation of translation initiation in rat skeletal muscle. Am. J. Physiol. 277(6 Pt 1), E1077–E1086.
  225. Tadros L.B., Taylor P.M. and Rennie M.J. (1993) Characteristics of glutamine transport in primary tissue culture of rat skeletal muscle. Am. J. Physiol. 265(1 Pt 1), E135–E144.
  226. Drummond M.J., Glynn E.L., Fry C.S., Timmerman K.L., Volpi E. and Rasmussen B.B. (2010) An increase in essential amino acid availability upregulates amino acid transporter expression in human skeletal muscle. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metabol. 298, E1011–E1018 doi:10.1152/ajpendo.00690.2009.
  227. Sheffield-Moore M. (2000) Androgens and the control of skeletal muscle protein synthesis. Ann. Med. 32, 181–186 doi:10.3109/0785389000899882.
  228. Hoffenberg R. (1972) Measurement of the synthesis of liver-produced plasma proteins with special reference to their regulation by dietary protein and amino acid supply. Proc. Nutr. Soc. 31, 265–272 doi:10.1079/PNS19720050.
  229. Naito T., Kuma A. and Mizushima N. (2013) Differential contribution of insulin and amino acids to the mTORC1-autophagy pathway in the liver and muscle. J. Biol. Chem. 288, 21074–21081 doi:10.1074/jbc.M113.456228.
  230. Castellino P., Luzi L., Simonson D.C., Haymond M. and DeFronzo R.A. (1987) Effect of insulin and plasma amino acid concentrations on leucine metabolism in man. Role of substrate availability on estimates of whole body protein synthesis. J. Clin. Invest. 80, 1784–1793 doi:10.1172/JCI113272.
  231. 214. Malmberg S.E. and Adams C.M. (2008) Insulin signaling and the general amino acid control response: two distinct pathways to amino acid synthesis and uptake. J. Biol. Chem. 283, 19229–19234 doi:10.1074/jbc.M801331200.
  232. Bond P. (2016) Regulation of mTORC1 by growth factors, energy status, amino acids and mechanical stimuli at a glance. J. Int. Soc. Sports Nutr. 13, 8 doi:10.1186/s12970-016-0118-y.
  233. 216. Rennie M.J., Tadros L., Khogali S., Ahmed A. and Taylor P.M. (1994) Glutamine transport and its metabolic effects. J. Nutr. 124(8 Suppl), 1503S–1508S.
  234. Welbourne T., Joshi S. and McVie R. (1989) Growth hormone effects on hepatic glutamate handling in vivo. Am. J. Physiol. 257(6 Pt 1), E959–E962.
  235. Li C., Najafi H., Daikhin Y., Nissim I.B., Collins H.W., Yudkoff M. et al. (2003) Regulation of leucine-stimulated insulin secretion and glutamine metabolism in isolated rat islets. J. Biol. Chem. 278, 2853–2858 doi:10.1074/jbc.M210577200.
  236. Stanley C.A. (2004) Hyperinsulinism/hyperammonemia syndrome: insights into the regulatory role of glutamate dehydrogenase in ammonia metabolism. Mol. Genet. Metab. 81(Suppl 1), 45–51 doi:10.1016/j.ymgme.2003.10.013.
  237. Wang T.J., Larson M.G., Vasan R.S., Cheng S., Rhee E.P., McCabe E. et al. (2011) Metabolite profiles and the risk of developing diabetes. Nat. Med. 17, 448–453 doi:10.1038/nm.2307.
  238. 221. Lerin C., Goldfine A.B., Boes T., Liu M., Kasif S., Dreyfuss J.M. et al. (2016) Defects in muscle branched-chain amino acid oxidation contribute to impaired lipid metabolism. Mol. Metab. 5, 926–936 doi:10.1016/j.molmet.2016.08.001.
  239. Lackey D.E., Lynch C.J., Olson K.C., Mostaedi R., Ali M., Smith W.H. et al. (2013) Regulation of adipose branched-chain amino acid catabolism enzyme expression and cross-adipose amino acid flux in human obesity. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 304, E1175–E1187 doi:10.1152/ajpendo.00630.2012.
  240. Lynch C.J. and Adams S.H. (2014) Branched-chain amino acids in metabolic signalling and insulin resistance. Nat. Rev. Endocrinol. 10, 723–736 doi:10.1038/nrendo.2014.171.
  241. Boden G., Rezvani I. and Owen O.E. (1984) Effects of glucagon on plasma amino acids. J. Clin. Invest. 73, 785–793 doi:10.1172/JCI111272.
  242. Ortiz V., Aleman G., Escamilla-Del-Arenal M., Recillas-Targa F., Torres N. and Tovar A.R. (2011) Promoter characterization and role of CRE in the basal transcription of the rat SNAT2 gene. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metabol. 300, E1092–E1102 doi:10.1152/ajpendo.00459.2010.
  243. Karl I.E. Garber A.J. and Kipnis D.M. (1976) Alanine and glutamine synthesis and release from skeletal muscle. III. Dietary and hormonal regulation. J. Biol. Chem. 251, 844–850.
  244. Gordon B.S., Steiner J.L., Williamson D.L., Lang C.H. and Kimball S.R. (2016) Emerging role for regulated in development and DNA damage 1 (REDD1) in the regulation of skeletal muscle metabolism. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 311, E157–E174 doi:10.1152/ajpendo.00059.2016.
  245. Laeger T., Henagan T.M., Albarado D.C., Redman L.M., Bray G.A., Noland R.C. et al. (2014) FGF21 is an endocrine signal of protein restriction. J. Clin. Investig. 124, 3913–3922 doi:10.1172/JCI74915.
  246. 229. De Sousa-Coelho A.L., Marrero P.F. and Haro D. (2012) Activating transcription factor 4-dependent induction of FGF21 during amino acid deprivation. Biochem. J. 443, 165–171 doi:10.1042/BJ20111748.
  247. Coate K.C., Hernandez G., Thorne C.A., Sun S., Le T.D., Vale K. et al. (2017) FGF21 is an exocrine pancreas secretagogue. Cell Metab. 25, 472–480 doi:10.1016/j.cmet.2016.12.004.
  248. Ogawa Y., Kurosu H., Yamamoto M., Nandi A., Rosenblatt K.P., Goetz R. et al. (2007) Betaklotho is required for metabolic activity of fibroblast growth factor 21. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 104, 7432–7437 doi:10.1073/pnas.0701600104.
  249. Gribble F.M. and Reimann F. (2016) Enteroendocrine cells: chemosensors in the intestinal epithelium. Annu. Rev. Physiol. 78, 277–299 doi:10.1146/annurev-physiol-021115-105439.
  250. Batterham R.L., Heffron H., Kapoor S., Chivers J.E., Chandarana K., Herzog H. et al. (2006) Critical role for peptide YY in protein-mediated satiation and body-weight regulation. Cell Metab. 4, 223–233 doi:10.1016/j.cmet.2006.08.001.
  251. Berthoud H.-R. and Morrison C. (2008) The brain, appetite, and obesity. Annu. Rev. Psychol. 59, 55–92 doi:10.1146/annurev.psych.59.103006.093551.
  252. Morrison C.D., Reed S.D. and Henagan T.M. (2012) Homeostatic regulation of protein intake: in search of a mechanism. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 302, R917–R928 doi:10.1152/ajpregu.00609.2011.
  253. Simpson S.J. and Raubenheimer D. (2005) Obesity: the protein leverage hypothesis. Obes. Rev. 6, 133–142 doi:10.1111/j.1467-789X.2005.00178.x.
  254. Anthony T.G. and Gietzen D.W. (2013) Detection of amino acid deprivation in the central nervous system. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care 16, 96–101 doi:10.1097/MCO.0b013e32835b618b.
  255. Wu G, Bazer FW, Wallace JM, Spencer TE (2006) Intrauterine growth retardation: implications for the animal sciences. J Anim Sci 84:2316–2337.
  256. Kilberg MS, Pan YX, Chen H, Leung-Pineda V (2005) Nutritional control of gene expression: how mammalian cells respond to amino acid limitation. Annu Rev Nutr 25:59–85.
  257. Palii SS, Kays CE, Deval C et al (2008) Specificity of amino acid regulated gene expression: analysis of gene subjected to either complete or single amino acid deprivation. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-008-0199-2.
  258. Flynn NE, Bird JG, Guthrie AS (2008) Glucocorticoid regulation of amino acid and polyamine metabolism in the small intestine. Amino Acids. doi:10.1007/ s00726-008-0206-7.
  259. Stipanuk MH, Ueki I, Dominy JE et al (2008) Cysteine dioxygenase: a robust system for regulation of cellular cysteine levels. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-008-0202-y.
  260. Leong HX, Simkevich C, Lesieur-Brooks A et al (2006) Short-term arginine deprivation results in large-scale modulation of hepatic gene expression in both normal and tumor cells: microarray bioinformatics analysis. Nutr Metab 3:37.
  261. Sahai A, Pan XM, Paul R et al (2006) Roles of phosphatidylinositol 3- kinase and osteopontin in steatosis and aminotransferase release by hepatocytes treated with methionine-choline-deficient medium. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 291:G55–G62.
  262. Fu WJ, Haynes TE, Kohli R et al (2005) Dietary L-arginine supplementation reduces fat mass in Zucker diabetic fatty rats. J Nutr 135:714–721.
  263. Jobgen W, Fu WJ, Gao H et al (2009b) High fat feeding and dietary Larginine supplementation differentially regulate gene expression in rat white adipose tissue. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-009-0246-7.
  264. Wang JJ, Chen LX, Li P et al (2008a) Gene expression is altered in piglet small intestine by weaning and dietary glutamine supplementation. J Nutr 138:1025–1032.
  265. Newsholme P, Brennnan L, Rubi B, Maechler P (2005) New insights into amino acid metabolism, beta-cell function and diabetes. Clin Sci 108:185–194.
  266. Li P, Yin YL, Li DF, Kim SW, Wu G (2007) Amino acids and immune function. Br J Nutr 98:237–252.
  267. Ou DY, Li DF, Cao YH et al (2007) Dietary supplementation with zinc oxide decreases expression of the stem cell factor in the small intestine of weanling pigs. J Nutr Biochem 18:820–826.
  268. Rhoads JM, Wu G (2008) Glutamine, arginine, and leucine signaling in the intestine. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-008-0225-4.
  269. Jobgen WS, Fried SK, Fu WJ et al (2006) Regulatory role for the
  270. arginine-nitric oxide pathway in metabolism of energy substrates. J Nutr Biochem 17:571–588.
  271. Galli F (2007) Amino acid and protein modification by oxygen and nitrogen species. Amino Acids 32:497–499.
  272. Mannick JB (2007) Regulation of apoptosis by protein S-nitrosylation. Amino Acids 32:523–526.
  273. Wang JJ, Chen LX, Li P et al (2008a) Gene expression is altered in piglet small intestine by weaning and dietary glutamine supplementation. J Nutr 138:1025–1032.
  274. Wu G, Morris SM Jr (1998) Arginine metabolism: nitric oxide and beyond. Biochem J 336:1–17.
  275. Meijer AJ (2003) Amino acids as regulators and components of nonproteinogenic pathways. J Nutr 133:2057S–2062S.
  276. Brosnan JT (2001) Amino acids, then and now—a reflection on Sir Hans Kreb’s contribution to nitrogen metabolism. IUBMB Life 52:265–270.
  277. Shi W, Meininger CJ, Haynes TE et al (2004) Regulation of tetrahydrobiopterin synthesis and bioavailability in endothelial cells. Cell Biochem Biophys 41:415–433.
  278. Wu G, Meininger CJ (2009) Nitric oxide and vascular insulin resistance. Biofactors 35:21–27.
  279. Wang JJ, Chen LX, Li P et al (2008a) Gene expression is altered in piglet small intestine by weaning and dietary glutamine supplementation. J Nutr 138:1025–1032.
  280. WuG,Meier SA, KnabeDA(1996a) Dietary glutamine supplementation prevents jejunal atrophy in weaned pigs. J Nutr 126:2578–2584.
  281. Li X, Bazer FW, Gao H et al (2009) Amino acids and gaseous signaling. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-009-0264-5.
  282. Wu G, Fang YZ, Yang S et al (2004b) Glutathione metabolism and its implications for health. J Nutr 134:489–492.
  283. Nakashima K, Yakabe Y, Ishida A et al (2007) Suppression of myofibrillar proteolysis in chick skeletal muscles by a-ketoisocaproate. Amino Acids 33:499–503.
  284. Tischler ME, Desautels M, Goldberg AL (1982) Does leucine, leucyltransfer RNA, or some metabolite of leucine regulate protein synthesis and degradation in skeletal and cardiac muscle? J Biol Chem 257:1613–1621.
  285. Meijer AJ, Dubbelhuis PF (2004) Amino acid signaling and the integration of metabolism. Biochem Biophys Res Commun 313:397–403.
  286. Suryawan A, O’Connor PMJ, Bush JA et al (2008) Differential regulation of protein synthesis by amino acids and insulin in peripheral and visceral tissues of neonatal pigs. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-008-0149-z.
  287. Suryawan A, Jeyapalan AS, Orellana RA et al (2008) Leucine stimulates protein synthesis in skeletal muscle of neonatal pigs by enhancing mTOR1 activation. Am J Physiol Endocrinol Metab 295:E868–E875.
  288. Curthoys NP, Watford M (1995) Regulation of glutaminase activity and glutamine metabolism. Annu Rev Nutr 15:133–159.
  289. Clowes EJ, Aherne FX, Baracos VE (2005) Skeletal muscle protein mobilization during the progression of lactation. Am J Physiol Endocrinol Metab 288:E564–E572.
  290. Yao K, Yin YL, Chu WY et al (2008) Dietary arginine supplementation increases mTOR signaling activity in skeletal muscle of neonatal pigs. J Nutr 138:867–872.
  291. Kato H, Suzuki K, Bannai M, Moore DR (2018) Branched-chain amino acids are the primary limiting amino acids in the diets of endurance-trained men after a bout of prolonged exercise. J Nutr 148:925–931. https ://doi.org/10.1093/jn/nxy04 8.
  292. Hiroyuki Kato, Kimberly A. Volterman, Daniel W. D. West, Katsuya Suzuki1, Daniel R. Moore, Nutritionally non‑essential amino acids are dispensable for whole‑body protein synthesis after exercise in endurance athletes with an adequate essential amino acid intake, Amino Acids, https://doi.org/10.1007/ s00726-018-2639-y .
  293. Li P, Yin YL, Li DF, Kim SW, Wu G (2007) Amino acids and immune function. Br J Nutr 98:237–252.
  294. Tan BE, Li XG, Kong XF et al (2008) Dietary L-arginine supplementation enhances the immune status in early-weaned piglets. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-008-0155-1.
  295. Van Brummelen R, du Toit D (2007) L-Methionine as immune supportive supplement: a clinical evaluation. Amino Acids 33:157–163.
  296. Tan BE, Yin YL, Liu ZQ et al (2008) Dietary L-arginine supplementation increases muscle gain and reduces body fat mass in growing-finishing pigs. Amino Acids. doi:10.1007/s00726-008-0148-0.
  297. Platten M, Ho PP, Youssef S et al (2005) Treatment of autoimmune neuroinflammation with a synthetic tryptophan metabolite. Science 310:850–855.
  298. Shi W, Meininger CJ, Haynes TE et al (2004) Regulation of tetrahydrobiopterin synthesis and bioavailability in endothelial cells. Cell Biochem Biophys 41:415–433.
  299. Wu G, Bazer FW, Davis TA et al (2008) Arginine metabolism and nutrition in growth, health and disease. Amino Acids. doi: 10.1007/s00726-008-0210-y.
  300. Hill JO, Peters JC, Catenacci VA, Wyatt HR (2008) International strategies to address obesity. Obes Rev 9(Suppl 1):41–47.

FGA Center

Το Κέντρο Εφαρμοσμένης Λειτουργικής Γονιδιωματικής διερευνά και προτείνει εξειδικευμένες εξετάσεις της κυτταρικής λειτουργίας.

Επικοινωνία

Online ραντεβού

Για προγραμματισμό τηλεσυνάντησης καλέστε +(30) 210 33 90 340