26.3.1.1 T1R-reseptorit: Ensimmäiset metabotrooppiset reseptorit, jotka tunnistettiin gustation yhteydessä, olivat kaksi T1R-perheen jäsentä, T1R1 ja T1R2 (alun perin nimeltään TR1 ja TR2),41 ja ne löydettiin subtraktiivisilla ja differentiaalisilla yhden solun seulontatekniikoilla. Näillä reseptoreilla on noin 40 prosentin homologia keskenään, ja ne ovat kaukaisessa sukulaisuussuhteessa muihin GPCR-reseptoreihin, kuten kalsiumantunnistusreseptoriin, V2R-feromonireseptoriin ja metabotrooppisiin glutamaattireseptoreihin. Kaikki kuuluvat GPCR-luokan C-perheeseen, ja niille on ominaista pitkä N-terminaalinen solunulkoinen domeeni, joka tunnetaan nimellä Venus flytrap domain. In situ -hybridisaatiokokeissa todettiin, että nämä reseptorit ilmentyvät 20-30 prosentissa TRC:istä etu- ja takimmaisissa makuhermosolmukkeissa. Lisäksi niitä esiintyy lähes kaikissa selkärankaisissa, mutta ei selkärangattomissa.39

Aluksi näiden reseptorien ligandeja ei tunnettu, vaikka niiden ilmentymisen perusteella kielen etuosassa oletettiin makean siirtymistä. Monet arvelivat, että näiden reseptorien geenit karttuisivat sac-lokukseen, joka on distaalisella kromosomilla 4 sijaitseva alue, jonka oli aiemmin geneettisissä tutkimuksissa todettu olevan osallisena makean makuun hiirillä. Fuller42 , joka tutki hiirikantoja, jotka eroavat toisistaan siinä, miten innokkaasti ne kuluttavat makeita liuoksia, totesi, että suurin osa eroista sakariinipreferenssissä maistuvissa ja ei-maistuvissa kannoissa (C57BL/6J ja DBA/2J) riippui yhdestä ainoasta paikasta, jota kutsuttiin nimellä sac. Alleelin dominoiva muoto korreloi voimakkaamman mieltymyksen kanssa. Myöhemmissä tutkimuksissa tämä havainto yleistettiin muihin makeisiin molekyyleihin, kuten asesulfaamiin, dulsiiniin ja sakkaroosiin,43,44 ja todettiin, että geenien oletetut polymorfismit vaikuttivat perifeeristen hermojen aktiivisuuteen.45 Korkean resoluution geneettisen kartoituksen avulla T1R1 karttui kuitenkin proksimaalisesti sac-lokukseen.46

Sakin identiteetti ja sen suhde T1R-reseptoriperheeseen tuli selväksi, kun perheen kolmas jäsen, T1R3, löydettiin.47-49 T1R3 ilmentyy sekä anteriorisissa että posteriorisissa kentissä TRC-soluissa, joiden morfologia vastaa tyypin II soluja. Se ekspressoituu yhdessä joko T1R1:n tai T1R2:n kanssa, vaikka osa T1R3:aa ekspressoivista TRC-soluista ei ekspressoi kumpaakaan.50 T1R3-solut ekspressoituvat yhdessä makean transduktiokaskadin muiden osien kanssa, joihin kuuluvat α-gustdukiini ja PLCβ2. Kokeet, joissa käytettiin heterologisia ekspressiojärjestelmiä, osoittivat, että T1R3 vaatii T1R2:n yhteisekspressiota, jotta se reagoi täysin erilaisiin makeisiin aineisiin, kuten yksinkertaisiin sokereihin, keinotekoisiin makeutusaineisiin, d-aminohappoihin ja makeisiin proteiineihin.48,51 Ihmisen T1R2/T1R3-dimeeri reagoi noin kahteenkymmeneen yhdisteeseen, joiden tiedetään olevan makeita fysiologisina pitoisuuksina, ja sitä esti ihmisen makean maun antagonistina toimiva laktisoli.51 Fyysisen kartoituksen ja genomitietokantojen louhinnan yhdistelmällä useat ryhmät tunnistivat T1R3:n sac:ksi jyrsijöiden ja ihmisen genomissa.47-49,51-54

Validointi T1R2/T1R3:lle nisäkkäiden pääasiallisena makean maun reseptorina saatiin tutkimuksista, joissa käytettiin knockout-hiiriä T1R1-, T1R2- tai T1R3-geenien osalta sekä kaksoistoiminnolla knockout-hiirtä T1R2- ja T1R3-geenien osalta. Näitä hiiriä testattiin käyttämällä lyhytaikaisia käyttäytymismäärityksiä ja elektrofysiologisia nauhoituksia chorda tympani- ja glossofaryngeaalihermoista.55,56 T1R2-null-hiiret menettivät mieltymyksensä ja neuraaliset vasteensa keinotekoisiin makeutusaineisiin ja heikensivät huomattavasti vasteitaan luonnollisiin sokereihin. T1R3-null-hiiret menettivät käyttäytymis- ja elektrofysiologiset vasteet sekä umami-ärsykkeille että keinotekoisille makeutusaineille, ja niiden vasteet sokereille vähenivät huomattavasti. Ainoastaan kaksinkertainen knockout-eläin menetti täysin jäännösvasteet luonnollisille sokereille, mikä viittaa siihen, että T1R2 tai T1R3 voivat toimia monomeerina tai homodimeerinä. Itse asiassa hiiren T1R3:a yksinään ilmentävät HEK-293-solut reagoivat korkeaan sokeripitoisuuteen;50 mielenkiintoista kyllä, näitä vasteita ei havaittu ihmisen T1R3:lla. Nämä knockout-tutkimukset osoittivat yksiselitteisesti T1R-proteiinien T1R2 ja T1R3 keskeisen roolin makean havaitsemisessa ja havaitsemisessa. Vastaavasti kiehtovassa luonnollisessa knockout-tutkimuksessa Felidae-heimo sai varhain evoluution aikana T1R2-geenin toimintakyvyttömyysmutaation ja on sen seurauksena menettänyt makean maun, mikä selittää kissojen välinpitämättömyyden sokeria kohtaan.57

Kuinka näin vähäinen määrä makean reseptoreja voisi selittää makean maun havaitsemisessa esiintyvien lajien ja yksilöllisten erojen suuren määrän? Nämä erot voivat selittyä lajikohtaisilla eroilla geenisekvensseissä ja lajin sisäisillä polymorfismeilla. Heterologisessa ekspressiossa vain ihmisen T1R2/T1R3-reseptorit reagoivat aspartaamiin ja syklamaattiin, kun taas rotan reseptorit, jotka ovat välinpitämättömiä näiden yhdisteiden suhteen, eivät reagoineet.51 Vielä huomattavampaa on, että ihmisen T1R2-transgeeniä ilmentävä T1R2-null-hiiri, joka ilmentää ihmisen T1R2-transgeeniä, osoitti reaktioita useisiin molekyyleihin, jotka ihmiset tunnistavat makeaksi, mutta joiden suhteen hiiret suhtautuvat välinpitämättömästi.55 Lajin sisällä useiden hiirikantojen useat polymorfismit lajittelevat selvästi näiden eläinten maistajan ja ei-maistajan asemaa.54,58 Nämä polymorfismit eivät vaikuta estämällä geeniekspressiota tai proteiinien translaatiota, vaan niiden uskotaan pikemminkin häiritsevän kykyä muodostaa dimeerejä tai sitoa makeutusaineita. Ihmisillä T1R3-promoottoriin liittyvät polymorfismit auttavat selittämään tunnettuja eroja sakkaroosin makuherkkyydessä.59

Makeiden reseptoreiden löytämisen yhteydessä esiin noussut paradoksi on myös se, miten niin harvat reseptorit voivat tunnistaa niin erilaisia ärsykkeitä kuin hiilihydraatteja, aminohappoja, proteiineja ja keinotekoisia makeutusaineita. Näiden reseptorien rakenne-toimintatutkimuksissa on tunnistettu useita sitovia domeeneja dimeerikompleksin sisällä, mikä selittää, miten näin suuri monimuotoisuus voidaan kohdata.60,61 Esimerkiksi T1R2:n Venus flytrap -domainia tarvitaan aspartaamin ja neotaamin sitoutumiseen, T1R3:n transmembraanidomeenia tarvitaan syklamaattiin,62,63 ja T1R3:n kysteiinirikas alue tarvitaan makean proteiinin brazzeiiniin reagoimiseen.64 Laktisoli, makean antagonisti, sitoutuu ihmisen T1R3:n transmembraanidomeenissa olevaan taskuun;65 mielenkiintoista on, että rotan reseptorin transmembraanidomeenin 5 kahden aminohapon muutos selittää reseptorin reagoimattomuuden tälle antagonistille.66 . Tähän mennessä T1R2/T1R3-dimeerin kaikkien neljän domeenin – kahden N-terminaalisen domeenin ja kahden transmembraanisen domeenin – on todettu osallistuvan ligandien sitomiseen, ja kullakin niistä on erilainen affiniteetti vastaaviin ligandeihin.

Monet samat kokeelliset strategiat, jotka vahvistivat T1R2/T1R3:n makean reseptoriksi, ovat vahvistaneet T1R1/T1R3:n umami-reseptoriksi samalla tavalla. Heterologisesti ekspressoituna ihmisen T1R1/T1R3-dimeeri reagoi selektiivisesti l-glutamaattiin,51 kun taas hiiren dimeeri on ligandiensa suhteen monipuolisempi, sillä se reagoi käytännöllisesti katsoen kaikkiin 20 tavanomaisen aminohapon l- (mutta ei d-) enantiomeereihin.48,67 Knockout-tutkimukset dokumentoivat edelleen, että T1R1/T1R3-dimeeri on umami-reseptori. T1R1:n tai T1R3:n tyrehdyttäminen eliminoi käyttäytymis- ja elektrofysiologiset makuvasteet glutamaattiin.55 Lisäksi umami-maun ominaispiirre on sen voimistuminen ribonukleotidien, kuten inosiini-5′-monofosfaatin (IMP) ja guanosiini-5′-monofosfaatin (GMP) avulla. Tämä voimistuminen on havaittu samalla tavalla heterologisessa ilmentymässä, ja se puuttuu T1R1- tai T1R3-kopioidussa hiiressä. Toisin kuin makean maun reseptorin, umami-reseptorin toiminnallisia alueita on tutkittu vähemmän. Käyttämällä kimeerisiä reseptoreita, paikkaohjattua mutageneesiä ja molekyylimallinnusta on ehdotettu yhteistoiminnallista ligandin sitoutumismallia, jossa glutamaatti sitoutuu T1R1:n Venuksen kärpäsloukku-domeeniin (lähellä sarana-aluetta) ja IMP sitoutuu viereiseen paikkaan, joka vakauttaa konformaatiomuutoksen.68

Keskustelua käydään edelleen siitä, onko T1R1/T1R3-dimeeri ainoa toiminnallinen glutamaattireseptori TRC:ssä.50,69 Ennen T1R-perheen löytämistä TRC:ssä ilmentyneen mGluR4-reseptorin ainutlaatuinen typistetty muoto ilmoitettiin umami-reseptoriksi.70 On kuitenkin huomautettu, että tästä reseptorista puuttuu suuri osa Venus flytrap -dominesta, joka on välttämätön glutamaatin sitoutumiselle, ja että siltä puuttuu synergia glutamaatin ja ribonukleotidien kanssa.50 Nämä ominaisuudet tekevät siitä epätodennäköisemmän ehdokkaan umami-reseptoriksi. MSG:n natrium- ja glutamaattivasteiden erottamisen vaikeus, joidenkin T1R3:n tyrmäyshiirten jäljellä olevat umamivasteet56 ja glutamaattivasteiden väheneminen mGluR-antagonisteille71 jättävät kuitenkin avoimeksi kysymyksen useista umamireseptoreista.