26.3.1.1 Les récepteurs T1R : Transduction des qualités gustatives sucrées et Umami

Les premiers récepteurs métabotropiques identifiés dans la gustation étaient deux membres de la famille T1R, T1R1 et T1R2 (initialement nommés TR1 et TR2),41 et ils ont été découverts par des techniques de criblage soustractif et différentiel de cellules uniques. Ces récepteurs présentent une homologie d’environ 40 % l’un par rapport à l’autre et sont reliés de loin à d’autres RCPG tels que le récepteur de détection du calcium, le récepteur des phéromones V2R et les récepteurs métabotropiques du glutamate. Tous sont membres de la famille des RCPG de classe C et partagent la caractéristique distinctive d’un long domaine extracellulaire N-terminal connu sous le nom de domaine « Venus flytrap ». Des expériences d’hybridation in situ ont établi que ces récepteurs sont exprimés dans 20 à 30 % des CRT des bourgeons gustatifs antérieurs et postérieurs. De plus, ils sont présents chez presque tous les vertébrés, mais pas chez les invertébrés.39

A l’origine, les ligands de ces récepteurs étaient inconnus, bien que sur la base de leur expression dans la langue antérieure, une transduction douce ait été suggérée. Beaucoup ont spéculé que les gènes de ces récepteurs se cartographieraient sur le locus sac, une région du chromosome 4 distal précédemment identifiée par des études génétiques comme étant impliquée dans le goût sucré chez la souris. Fuller42, étudiant des souches de souris qui diffèrent dans leur avidité à consommer des solutions sucrées, a établi que la plupart des différences dans la préférence pour la saccharine chez les souches avec et sans goût (C57BL/6J et DBA/2J, respectivement) dépendaient d’un seul locus, appelé sac. La forme dominante de l’allèle est corrélée à une préférence plus marquée. Des études ultérieures ont généralisé cette constatation à d’autres molécules sucrées telles que l’acésulfame, la dulcine et le saccharose,43,44 et ont noté que des polymorphismes putatifs dans les gènes influençaient l’activité nerveuse périphérique.45 Cependant, en utilisant la cartographie génétique à haute résolution, le T1R1 s’est cartographié de manière proximale par rapport au locus sac46.

L’identité de sac et sa relation avec la famille des récepteurs T1R sont devenues claires lorsque le troisième membre de la famille, T1R3, a été découvert.47-49 T1R3 est exprimé dans les champs antérieurs et postérieurs dans les CRT dont la morphologie correspond aux cellules de type II. Il est coexprimé avec T1R1 ou T1R2, bien qu’une fraction des CRT exprimant T1R3 ne coexprime ni l’un ni l’autre.50 Les cellules T1R3 sont coexprimées avec d’autres éléments de la cascade de transduction douce qui incluent l’α-gustducine et le PLCβ2. Des expériences utilisant des systèmes d’expression hétérologues ont démontré que T1R3 nécessite la coexpression de T1R2 pour être pleinement sensible à une grande variété de substances sucrées telles que les sucres simples, les édulcorants artificiels, les acides aminés et les protéines sucrées.48,51 Le dimère humain T1R2/T1R3 répond à une vingtaine de composés connus pour être sucrés à des concentrations physiologiques et est inhibé par le lactisole, un antagoniste humain du goût sucré.51 Grâce à une combinaison de cartographie physique et d’exploration de bases de données génomiques, plusieurs groupes ont identifié un T1R3 comme sac dans les génomes de rongeurs et d’humains.47-49,51-54

La validation du T1R2/T1R3 comme principal récepteur du goût sucré des mammifères a été obtenue par des études utilisant des souris knockout pour les gènes T1R1, T1R2 ou T1R3, ainsi qu’une souris double knockout pour les gènes T1R2 et T1R3. Ces souris ont été testées à l’aide d’essais comportementaux à accès bref et d’enregistrements électrophysiologiques de la chorda tympani et des nerfs glossopharyngiens.55,56 Les souris T1R2-nulles ont présenté une perte de préférence et de réponses neurales pour les édulcorants artificiels et des réponses considérablement diminuées pour les sucres naturels. Les souris T1R3-nulles ont perdu leurs réponses comportementales et électrophysiologiques à la fois pour les stimuli umami et les édulcorants artificiels, et ont présenté des réponses très réduites pour les sucres. Seul l’animal doublement KO a complètement perdu les réponses résiduelles aux sucres naturels, ce qui suggère que T1R2 ou T1R3 peut fonctionner comme un monomère ou un homodimère. En fait, les cellules HEK-293 exprimant le T1R3 de la souris seul ont répondu à un sucre élevé;50 il est intéressant de noter que ces réponses n’ont pas été observées avec le T1R3 humain. Ces études de knock-out ont démontré sans équivoque le rôle essentiel des protéines T1R T1R2 et T1R3 dans la détection et la perception du sucré. De même, dans un knockout naturel fascinant, la famille Felidae a acquis une mutation de perte de fonction dans le gène T1R2 au début de l’évolution et a par conséquent perdu le goût sucré, expliquant l’indifférence des chats au sucre.57

Comment un si petit nombre de récepteurs sucrés pourrait-il expliquer le grand nombre d’espèces et de différences individuelles dans la perception du goût sucré ? Ces différences peuvent s’expliquer par des différences de séquences génétiques entre les espèces et par des polymorphismes au sein d’une même espèce. Dans une expression hétérologue, seuls les T1R2/T1R3 humains ont répondu à l’aspartame et au cyclamate, alors que les récepteurs du rat, qui est indifférent à ces composés, ne l’ont pas fait.51 Plus remarquable encore, la souris T1R2-nulle exprimant le transgène T1R2 humain a présenté des réponses à plusieurs molécules reconnues comme sucrées par les humains auxquelles les souris sont indifférentes.55 Au sein d’une même espèce, de multiples polymorphismes provenant de plusieurs souches de souris permettent d’associer clairement le statut de goûteur et de non goûteur de ces animaux.54,58 Ces polymorphismes n’agissent pas en bloquant l’expression des gènes ou la traduction des protéines, mais on pense plutôt qu’ils interfèrent avec la capacité de former des dimères ou de lier des édulcorants. Chez l’homme, les polymorphismes associés au promoteur T1R3 aident à expliquer les différences bien connues de sensibilité gustative au saccharose.59

Un autre paradoxe émergeant de la découverte des récepteurs du sucré est de savoir comment si peu de récepteurs peuvent reconnaître un éventail aussi diversifié de stimuli que les glucides, les acides aminés, les protéines et les édulcorants artificiels. Les études structure-fonction de ces récepteurs ont identifié de multiples domaines de liaison au sein du complexe dimère, ce qui explique comment une si grande diversité peut être rencontrée.60,61 Par exemple, le domaine Venus flytrap de T1R2 est nécessaire pour la liaison de l’aspartame et du néotame, le domaine transmembranaire de T1R3 est nécessaire pour le cyclamate,62,63 et la région riche en cystéine de T1R3 est nécessaire pour répondre à la protéine sucrée brazzein.64 Le lactisole, un antagoniste du sucré, se lie à une poche dans le domaine transmembranaire du T1R3 humain;65 de façon intéressante, le changement de deux acides aminés dans le domaine 5 transmembranaire du récepteur du rat explique son insensibilité à cet antagoniste.66 À ce jour, les quatre domaines du dimère T1R2/T1R3 – les deux domaines N-terminaux et les deux domaines transmembranaires – ont été impliqués dans la liaison des ligands, chacun ayant des affinités distinctes avec ses ligands correspondants.

Plusieurs des mêmes stratégies expérimentales qui ont confirmé que T1R2/T1R3 était le récepteur sucré ont également confirmé que T1R1/T1R3 était le récepteur umami. Lorsqu’il est exprimé de manière hétérologue, le dimère T1R1/T1R3 humain répond sélectivement au l-glutamate,51 alors que le dimère de la souris est plus versatile parmi ses ligands, répondant à pratiquement tous les énantiomères l- (mais pas d-) des 20 acides aminés standard.48,67 Les études de knock-out confirment également que le dimère T1R1/T1R3 est le récepteur umami. Le knock-out de T1R1 ou T1R3 a éliminé les réponses gustatives comportementales et électrophysio-logiques au glutamate.55 En outre, une caractéristique du goût umami est sa potentialisation par des ribonucléotides tels que l’inosine 5′-monophosphate (IMP) et la guanosine-5′-monophosphate (GMP). Cette potentialisation est observée de manière similaire lors de l’expression hétérologue et absente chez les souris knockout T1R1 ou T1R3. Contrairement au récepteur du goût sucré, les domaines fonctionnels du récepteur umami sont moins explorés. En utilisant des récepteurs chimériques, la mutagénèse dirigée vers un site et la modélisation moléculaire, un modèle de liaison coopérative des ligands a été proposé, dans lequel le glutamate se lie au domaine « Venus flytrap » de T1R1 (près de la région charnière) et l’IMP se lie à un site adjacent, stabilisant le changement de conformation.68

La question de savoir si le dimère T1R1/T1R3 est le seul récepteur fonctionnel du glutamate dans les TRC fait encore débat.50,69 Avant la découverte de la famille T1R, une forme tronquée unique du récepteur mGluR4 exprimé dans les CRT a été signalée comme étant le récepteur umami.70 Cependant, il a été souligné que ce récepteur est dépourvu d’une grande partie du domaine de Venus flytrap, qui est essentiel pour la liaison du glutamate, et qu’il manque de synergie pour le glutamate et les ribonucléotides.50 Ces caractéristiques en font un récepteur candidat moins probable pour l’umami. Néanmoins, la difficulté de dissocier les réponses au sodium et au glutamate du MSG, les réponses umami résiduelles chez certaines souris knockout T1R356, et la réduction des réponses au glutamate aux antagonistes du mGluR71 laissent ouverte la question de multiples récepteurs umami.