Subcellular Distribution of Neuroactive Amino Acids in Brains of Genetically Epileptic Rats

Abstract

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 distribución subcelular de aminoácidos ha sido comparada entre los cerebros de ratas genéticamente suceptibles a ataques (SS) y las genéticamente resistentes (SR). El contenido total de taurina (μmoles/cerebro) en la P₂B, o la fracción sinaptosómica, 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 aminoácidos estudiados. Los animales SS que nunca habián sido estimulados para producir ataques audiogénicos tenían concentraciones disminuidas de taurina (n moles/mg de proteina) en las fracciones P₂, P₂B, y P₂C comparándolas con los animales SR. Estas fracciones contienen sinaptosomas crudos, sinaptosomas enriquecidos y mitocondria enriquecid, respectivamente. Las concentraciones de fosfoetanolamida también estaban reducidas en las fracciones P₂B pero las concentraciones de otros aminoácidos permanecieron sin modificarse comparándolas con los animales SR. Las concentraciones de taurina, 24 horas después de la inyección intracerebroventricular de 6 μmoles a los animales SS, que nunca habían convulsionado, aumentaron significativamente en el homogenado total del cerebro, en la fracción P₂ y en la P₂B comparándolas con los animales SS que no recibieron taurina. Este tratamiento no modificó las concentraciones de glutamato, glutamina, GABA y glicina en el homogenado cerebral y la fracción P₂. Puesto que las reducciones de concentraciones de taurina se observaron en animales que no habian convulsionado, se interpretó que estas alteraciones son intrínsecas al cerebro de esta raza de animales SS y no una consecuencia de la actividad convulsiva. Teniendo en cuenta la acción antiepiléptica 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 bioquímica de la taurina es parcialmente responsable de la susceptibilidad para los ataque de las ratas SS.ZUSAMMENFASSUNG: Vergleich der subzellulären Verteilung von Aminosäuren im Gehirn von Ratten, die für genetische Krämpfe empfänglich (SS) und resistent (SR) waren. Der Gesamtgehalt an Taurin (μmol/Gehirn) in der P₂B oder der synaptosomalen Fraktion betrug für SS‐Ratten nur 37% des Wertes von SR‐Ratten. Glutamat, Glutamin, Glycin, Alanin, und GABA blieben unverändert. Für die untersuchten Aminosäuren fanden sien keine Veränderungen im Gesamtgehalt in anderen subzellulären Fraktionen. SS‐Tiere, die audiogener Anfälle 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‐phoräthanolaminkonzentrationen waren in den P₂B‐Fraktionen auch vermindert, aber die Konzentration der anderen Aminnosäuren bleiben unverändert verglichen mit SR‐Tieren. 24 Stunden nach intracerbroventrikulärer Injektion von Taurin (6 μmol) zeigten SS‐Tiere, die niemals gekrampft hatten, signifikant erhöhte Taurinkonzentration in Ganzhirnhomogenaten, P₂ und P₂B Fraktion verglichen mit SS‐Tieren, denen kein Taurin gegeben worden war. Diese Behandlung veränderte 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 Krampfaktivität zu sein. Angesichts der antiepileptischen Wirkung des Taurins und der Tatsache, daß kürzlich eine Beeinträchtigung des Taurintransports in das Gehirn von SS‐Ratten gezeigt werden konnte, vermuten wir, daß ein Defekt der Biochemie des Taurins mindestens teilweise für die Anfallsempfänglichkeit der SS‐Ratten verantwortlich ist.