The blood-brain barrier (BBB) transport of acetylcholinesterase (AChE) inhibitors, donepezil and tacrine suggested to be mediated by choline transport system in our previous study. Therefore, in the present study, we investigated the interaction of other AChE inhibitors, rivastigmine and galantamine with choline transporter at the BBB. The effects of rivastigmine and galantamine on the transport of choline by conditionally immortalized rat brain capillary endothelial cell lines (TR-BBB cells) were characterized by cellular uptake study using radiolabeled choline. The uptake of [$^3H$]choline was inhibited by rivastigmine and galantamine, with $IC_{50}$ values (i.e. concentration necessary for 50% inhibition) for 1.13 and 1.15 mM, respectively. Rivastigmine inhibited the uptake of [$^3H$]choline competitively with $K_i$ of 1.01 mM, but galantamine inhibited noncompetitively. In addition, the efflux of [$^3H$]choline was significantly inhibited by rivastigmine and galantamine. Our results indicated that the BBB choline transporter may be involved in a part of the influx and efflux transport of rivastigmine across the BBB. These findings should be therapeutically relevant to the treatment of Alzheimer's disease (AD) with AChE inhibitors, and, more generally, to the BBB transport of CNS-acting cationic drugs via choline transporter.
Choline is an important membrane phospholipid constituent and a neurotransmitter precursor that is minimally synthesized in brain. The long-term maintenance of brain choline concentration is dependent on choline transport from plasma, which occurs via saturable transport system at the blood-brain barrier. In the present study, we examined to elucidate the characteristics of transport of cationic amines, especially choline which is one of cationic amines, to BBS using conditionally immortalized rat brain capillary endothelial cell line (TR-BBB) in vitro. (omitted)
Park, Hong-Mi;Lee, Kyeong-Eun;Lee, Na-Young;Kang, Young-Sook
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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2003.11a
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pp.106-106
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2003
Choline serves critical roles in the CNS both as a precursor of neurotransmitter and as an essential component of membrane phospholipids. The long-term maintenance of brain choline concentration is dependent on choline transport across the blood-brain barrier (BBB), And, we examined to elucidate the characteristics of transport of choline across the BBB using conditionally immortalized rat brain capillary endothelial cell line (TR-BBB) in vitro. The [$^3$H]choline in TR - BBB was increased by time dependently, but independent on Na$\^$+/, and the transport process is saturable with Michaelis-Menten constrant, Km of about 26 ${\mu}$M. The uptake of [$^3$H]choline is susceptible for inhibition by various organic cationic compounds including hemicholinium-3, tetraethylammonium chloride (TEA) and $\ell$-carnitine. Also, we investigated the relationship of transport of choline and cationic drugs. The uptake of [$^3$H]choline is inhibited by antioxidant, a-phenyl-n-tert-butyl nitrone (PBN) with IC$\sub$50/ of 1.2 mM. and by Alzheimer's disease therapeutics, such as acetyl $\ell$-carnitine, tacrine and donepezil. Also, choline uptake presented competitive inhibition with PBN, donepezil and acetyl $\ell$-carnitine in Lineweaver-Burk plot. In conclusion, TR-BBB cells express a saturable transport system for uptake of choline, and several cationic drugs may be transported into the brain by BBB choline transporter.
The purpose of this study was to clarify the efflux transport system of choline from brain to blood across the blood-brain barrier (BBB) in rats using the brain efflux index (BEI) method. $[^3H]$Choline was micro-injected into parietal cortex area 2 (Par2) of the rat brain, and was eliminated from the brain with elimination halflife of 45 min. The BBB efflux clearance of $[^3H]$choline was about 124 mL/min/g brain, which was determined from combination of an elimination rate constant $(1.54X10^{-2}min^{-1})$ and the distribution volume in the brain (8.05 mL/g brain). The efflux of $[^3H]$choline was inhibited by unlabeled choline in a dose-dependent manner and was significantly inhibited by cationic substrates, such as hemicholinium-3 and tetraethylammonium (TEA). These results suggest that the BBB may act as an efflux pump for choline to reduce the excessive choline concentration in the brain interstitial fluid.
Kang Young-Sook;Lee Kyeong-Eun;Lee Na-Young;Terasaki Tetsuya
Archives of Pharmacal Research
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v.28
no.4
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pp.443-450
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2005
In the present study, we have characterized the choline transport system and examined the influence of various amine drugs on the choline transporter using a conditionally immortalized rat brain capillary endothelial cell line (TR-BBB) in vitro. The cell-to-medium (C/M) ratio of $[^3{H}]choline$ in TR-BBB cells increased time-dependently. The initial uptake rate of $[^3{H}]choline$ was concentration-dependent with a Michaelis-Menten value, $K_{m}$, of $26.2\pm2.7{\mu}M$. The $[^3{H}]choline$ uptake into TR-BBB was $Na^{+}-independent$, but was membrane potential-dependent. The $[^3{H}]choline$ uptake was susceptible to inhibition by hemicholinium-3, and tetraethy-lammonium (TEA), which are organic cation transporter substrates. Also, the uptake of $[^3{H}]choline$ was competitively inhibited with $K_{i}$ values of $274 {\mu}M, 251 {\mu}M and 180 {\mu}M$ in the presence of donepezil hydrochloride, tacrine and $\alpha-phenyl-n-tert-butyl nitrone$ (PBN), respectively. These characteristics of choline transport are consistent with those of the organic cation transporter (OCT). OCT2 mRNA was expressed in TR-BBB cells, while the expression of OCT3 or choline transporter (CHT) was not detected. Accordingly, these results suggest that OCT2 is a candidate for choline transport at the BBB and may influence the BBB permeability of amine drugs.
In the present study, we examined the effects of several therapeutics of Alzheimer's disease, such as donepezil hydrochloride, tacrine and $\alpha$-phenyl-n-tert-butyl nitrone (PBN) on choline efflux from brain to circulating blood. The brain-to-blood efflux of [$^3H$]choline in rats was significantly inhibited by tacrine and PBN. Also the [$^3H$]choline efflux was reduced by tacrine and donepezil hydrochloride in the TR-BBB cells, in vitro the blood-brain barrier (BBB) model. These results suggest that these drugs may influence choline efflux transport from brain to blood and regulate the choline level in brain resulting in the increase of acetylcholine synthesis.
In this study, we examined the molecular and functional characterization of choline uptake in the human esophageal cancer cells. In addition, we examined the influence of various drugs on the transport of [$^3H$]choline, and explored the possible correlation between the inhibition of choline uptake and apoptotic cell death. We found that both choline transporter-like protein 1 (CTL1) and CTL2 mRNAs and proteins were highly expressed in esophageal cancer cell lines (KYSE series). CTL1 and CTL2 were located in the plasma membrane and mitochondria, respectively. Choline uptake was saturable and mediated by a single transport system, which is both $Na^+$-independent and pH-dependent. Choline uptake and cell viability were inhibited by various cationic drugs. Furthermore, a correlation analysis of the potencies of 47 drugs for the inhibition of choline uptake and cell viability showed a strong correlation. Choline uptake inhibitors and choline deficiency each inhibited cell viability and increased caspase-3/7 activity. We conclude that extracellular choline is mainly transported via a CTL1. The functional inhibition of CTL1 by cationic drugs could promote apoptotic cell death. Furthermore, CTL2 may be involved in choline uptake in mitochondria, which is the rate-limiting step in S-adenosylmethionine (SAM) synthesis and DNA methylation. Identification of this CTL1- and CTL2-mediated choline transport system provides a potential new target for esophageal cancer therapy.
The contribution of endogenous transport systems to the blood-brain barrier (BBB) transport of basic and acidic drugs was studied by using a carotid injection technique in rats and an isolated bovine cerebrovascular disease state were compared between the normotensive rats (WKY) and stroke-prone spontaneously hypertensive rats (SHRSP) which have been well established as an animal model with pathogenic similarities to humans. Basic drugs such as eperisone, thiamine and scopolamine inhibited, in a concentration dependent manner the in vivo uptake of $[{^3}H]choline$ through BBB, whereas amino acids and acidic drugs such as salicylic acid and valproic acid did not inhibit the uptake. The uptake of $[^3H]choline$ by B-CAP increased with time and showed a remarkable temperature dependency. The uptake of $[^3H]choline$ by B-CAP showed the very similar inhibitory effects as observed in the in vivo brain uptake, and was competitively inhibited by a basic drug, eperisone. The in vivo BBB uptakes of $[^3H]acetic$ acid and $[^{14}C]salicylic$ acid were dependent on pH of the injectate and the concentration of drugs. Several acidic drugs such such as salicylic acid, benzoic acid and valproic acid inhibited the in vivo uptake of $[^3H]acetic$ acid, whereas amino acid, choline and a basic drug such as eperisone did not inhibit the uptake. The uptake of acetic acid by B-CAP was competitively inhibited by salicylic acid. The permeability surface area product (PS) through BBB for $[^3H]choline$ in SHRSP was significantly lower than that in WKY. The concentration of choline in the brain dialysate in SHRSP was about half of that in WKY, while no significant difference was observed in the plasma concentration of choline between SHRSP and WKY. No significant difference was observed in the transport of monocarboxylic acids, glucose and neutral amino acid through BBB between SHRSP and WKY. From these results, it was concluded that BBB transport system of choline contributes to the transport of basic drugs through BBB, that acidic drugs can be transported via a moncarboxylic acid BBB transport system and that the specific dysfuntion of the BBB choline transport in SHRSP was ascribed to the reduction of the maximum velocity of choline concentration in the brain interstitial fluids.
We have investigated the transport characteristics of synthetic antioxidant and free radical scavenger, $\alpha$-phenyl-n-tert-butyl nitrone (PBN) at the blood-brain barrier (BBB) by in vitro uptake study in conditionally immortalized rat brain capillary endothelial cell line (TR-BBB). Also, the efflux of PBN from brain to blood is estimated using the brain efflux index (BEI) method. Choline is a charged organic cation, including nitrogen-methyl group and shows the carrier-mediated distribution to the brain. [$^3$H]Choline uptake by TR-BBB cells was significantly inhibited by PBN with $IC_{50}$/ of 1.2 mM, which appears to be due to similar structures between choline and PBN. And, PBN was microinjected into Par2 of the rat brain by BEI method, and was eliminated from the brain with an apparent elimination half-life of about 2 min. Also, [$^3$H]choline efflux was significantly inhibited by PBN using BEI method. In conclusion, the efflux transport of PBN takes place across the BBB and PBN may be transported into the brain and eliminated from the brain by BBB choline transporter.
In the present study, we examined how the transport of choline is regulated at the blood-brain barrier (BBB) under the central nervous system (CNS) cellular damages by oxidative stress using a conditionally immortalized rat brain capillary endothelial cells (TR-BBB), in vitro the BBB model. It was also tested whether the choline uptake is influenced by membrane potential, extracellular pH, protonophore (FCCP) and amiloride in TR-BBB cells. In result, $[^3H]choline$ uptake was inhibited by FCCP and dependent on extracellular pH. The treatment of TR-BBB cells with 20 ng/mL tumor necrosis $factor-{\alpha}$$(TNF-{\alpha})$, 10 ng/mL lipopolysaccharide (LPS), 100 ${\mu}M$ diethyl maleate (DEM) and 100 ${\mu}M$ glutamate resulted in 3.0-fold, 2.6-fold, 1.8-fold and 2.0-fold increases of $[^3H]choline$ uptake at the respective peak time, respectively. In contrast, hydrogen peroxide and raffinose did not show any significant effects on choline uptake. In addition, choline efflux was significantly inhibited by $TNF-{\alpha}$, LPS and DEM producing cell damage states. In conclusion, the influx and efflux transport system for choline existed in TR-BBB cell line and this process was affected by several oxidative stress inducing agents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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