Abstract Lysinuric Protein Intolerance (LPI) is an inborn error of metabolism resulting from SLC7A7 deficiency that causes diminished plasma concentration of cationic amino acids. The clinical picture is highly heterogeneous among patients, who commonly present intolerance to protein intake and more severe complications such as hematological abnormalities and kidney failure. Although current treatments aim to address the metabolic defects of LPI, they have been unsatisfactory when treating the most severe symptoms. Here we show that the absence of Slc7a7 in mice causes iron overload as a result of erythropoiesis failure. Regarding iron metabolism, we demonstrate that reduced plasma erythropoietin triggers a strong iron overload, as erythropoietin administration restores normal iron levels and mitigate hematological alterations. Interestingly, we found that human LPI is associated with hyperferritinemia but not iron overload, a trait that might be influenced by the citrulline treatment. Furthermore, we show that erythropoietin is a key factor in the hematological abnormalities in LPI. Our study reveals a mechanism leading to LPI-induced hematological complications and identifies erythropoietin supplementation as a promising therapeutic strategy for human LPI. Significance Statement The systemic metabolic environment derived from Slc7a7 -ablation in epithelial cells from kidney and intestine causes erythropoiesis failure prompting therefore iron overload. Here, we identify erythropoietin as the main driver of erythropoiesis failure as exogenous erythropoietin administration restores normal erythroblast population. In addition, we have also analyzed human data and found that patients with LPI have abnormal ferritin levels. Finally, as human LPI, citrulline treatment in mice restores normal iron homeostasis, highlighting the relevance of the systemic environment in LPI. Erythropoietin supplementation emerges as a promising therapeutic strategy for human LPI without the inflammatory effect associated with citrulline supplementation.

Abstract L-amino acid transporters (LATs) play a key role in a wide range of physiological processes. Defects in LATs can lead to neurological disorders and aminoacidurias, while the overexpression of these transporters is related to cancer. BasC is a bacterial LAT transporter with an APC fold. In this study, to monitor the cytoplasmic motion of BasC, we developed a smFRET assay that can characterize the conformational states of the intracellular gate in solution at room temperature. Based on combined biochemical and biophysical data and molecular dynamics simulations, we propose a model in which the conserved lysine residue in TM5 supports TM1a to explore both open and closed states within the cytoplasmic gate under apo conditions. This equilibrium can be altered by substrates, mutation of conserved lysine 154 in TM5, or transport-blocking nanobodies. Overall, these findings provide insights into the transport mechanism of BasC and highlight the significance of the lysine residue in TM5 in the cytoplasmic gating of LATs.

Abstract L-amino acid transporters (LATs) play a key role in a wide range of physiological processes. Defects in LATs can lead to neurological disorders and aminoacidurias, while the overexpression of these transporters is related to cancer. BasC is a bacterial LAT transporter with an APC fold. In this study, to monitor the cytoplasmic motion of BasC, we developed a smFRET assay that can characterize the conformational states of the intracellular gate in solution at room temperature. Based on combined biochemical and biophysical data and molecular dynamics simulations, we propose a model in which the conserved lysine residue in TM5 supports TM1a to explore both open and closed states within the cytoplasmic gate under apo conditions. This equilibrium can be altered by substrates, mutation of conserved lysine 154 in TM5, or a transport-blocking nanobody interacting with TM1a. Overall, these findings provide insights into the transport mechanism of BasC and highlight the significance of the lysine residue in TM5 in the cytoplasmic gating of LATs.