Subcellular distribution of neuroactive amino acids in brains of genetically epileptic rats.

Summary: The subcellular distribution of amino acids was compared in brains of genetically seizure-susceptible (SS) and genetically seizure-resistant (SR) rats. The total taurine content (μmol/brain) in the P2B, or synaptosomal, fraction in SS rats was only 37% of that of SR rats. Glutamate, glutamine, glycine, alanine, and γ-aminobutyric acid (GABA) contents were unaltered. No alterations in total content were found in other subcellular fractions for the amino acids studied. SS animals that had never been stimulated to audiogenic seizure had decreased concentrations of taurine (nmol/mg protein) in the P2, P2B, and P2C fractions as compared with SR animals. These fractions contain crude synaptosomes, enriched synaptosomes, and enriched mitochondria, respectively. Phosphoethanolamine concentrations were also decreased in the P2B fractions, but concentrations of other amino acids were unaltered, as compared with SR animals. Twenty-four hours after the intracerebroventricular injection of taurine (6 μmol) in SS animals that had never been convulsed, taurine concentrations were significantly increased in whole brain homogenate and P2 and P2B fractions as compared with SS animals not given taurine. This treatment left unaltered the concentrations of glutamate, glutamine, GABA, and glycine in brain homogenate and P2 fraction. Because decreases in taurine concentration were seen in animals that had not been convulsed, these alterations are intrinsic to the SS strain and are not a consequence of convulsive activity. In view of the anti-epileptic action of taurine, and the fact that an impairment of taurine transport in the brain of SS rats has previously been demonstrated, we suggest that a defect in the biochemistry of taurine is partially responsible for the seizure susceptibility of the SS rat. RESUMEN La distribucion subcelular de aminoacidos ha sido comparada entre los cerebros de ratas geneticamente suceptibles a ataques (SS) y las geneticamente resistentes (SR). El contenido total de taurina (μmoles/cerebro) en la P2B, o la fraccion sinaptosomica, en las ratas SS fue solo el 37% de la de las ratas (SR). Los contenidos de glutamato, glutamina, glicina, alanina y GABA no se alteraron. No se encontraron cambios en el contenido total de otras fracciones subcelulares de los aminoacidos estudiados. Los animales SS que nunca habian sido estimulados para producir ataques audiogenicos tenian concentraciones disminuidas de taurina (n moles/mg de proteina) en las fracciones P2, P2B, y P2C comparandolas con los animales SR. Estas fracciones contienen sinaptosomas crudos, sinaptosomas enriquecidos y mitocondria enriquecid, respectivamente. Las concentraciones de fosfoetanolamida tambien estaban reducidas en las fracciones P2B pero las concentraciones de otros aminoacidos permanecieron sin modificarse comparandolas con los animales SR. Las concentraciones de taurina, 24 horas despues de la inyeccion intracerebroventricular de 6 μmoles a los animales SS, que nunca habian convulsionado, aumentaron significativamente en el homogenado total del cerebro, en la fraccion P2 y en la P2B comparandolas con los animales SS que no recibieron taurina. Este tratamiento no modifico las concentraciones de glutamato, glutamina, GABA y glicina en el homogenado cerebral y la fraccion P2. Puesto que las reducciones de concentraciones de taurina se observaron en animales que no habian convulsionado, se interpreto que estas alteraciones son intrinsecas al cerebro de esta raza de animales SS y no una consecuencia de la actividad convulsiva. Teniendo en cuenta la accion antiepileptica de la taurina y el hecho de que se ha demostrado, previamente, un trastorno del trasporte de taurina en el cerebro de las ratas SS, nosotros sugerimos que un defecto en la bioquimica de la taurina es parcialmente responsable de la susceptibilidad para los ataque de las ratas SS. ZUSAMMENFASSUNG Vergleich der subzellularen Verteilung von Aminosauren im Gehirn von Ratten, die fur genetische Krampfe empfanglich (SS) und resistent (SR) waren. Der Gesamtgehalt an Taurin (μmol/Gehirn) in der P2B oder der synaptosomalen Fraktion betrug fur SS-Ratten nur 37% des Wertes von SR-Ratten. Glutamat, Glutamin, Glycin, Alanin, und GABA blieben unverandert. Fur die untersuchten Aminosauren fanden sien keine Veranderungen im Gesamtgehalt in anderen subzellularen Fraktionen. SS-Tiere, die audiogener Anfalle wegen stimuliert worden waren, hatten verminderte Konzentrationen von Taurin (nmol/mg Protein) in den P2, P2B, und P2C Fraktionen verglichen mit SR-Tieren. Diese Fraktionen enthalten rauhe Synaptosomen, angereicherte Synaptosomen bzw. angereicherte Mitochondrien. Die Phos-phorathanolaminkonzentrationen waren in den P2B-Fraktionen auch vermindert, aber die Konzentration der anderen Aminnosauren bleiben unverandert verglichen mit SR-Tieren. 24 Stunden nach intracerbroventrikularer Injektion von Taurin (6 μmol) zeigten SS-Tiere, die niemals gekrampft hatten, signifikant erhohte Taurinkonzentration in Ganzhirnhomogenaten, P2 und P2B Fraktion verglichen mit SS-Tieren, denen kein Taurin gegeben worden war. Diese Behandlung veranderte die Konzentration von Glutamat, Glutamin, GABA, und Glycin in Hirnhomogenaten und der P2Fraktion nicht. Da eine Abnahme der Taurin-Konzentration bei Tieren gesehen wurde, die nicht gekrampft hatten, scheinen diese Alterationen eine Besonderheit des SS-Stammes darzustellen und nicht Folge der Krampfaktivitat zu sein. Angesichts der antiepileptischen Wirkung des Taurins und der Tatsache, das kurzlich eine Beeintrachtigung des Taurintransports in das Gehirn von SS-Ratten gezeigt werden konnte, vermuten wir, das ein Defekt der Biochemie des Taurins mindestens teilweise fur die Anfallsempfanglichkeit der SS-Ratten verantwortlich ist.