26.3.1.1 T1R Receptors: 甘味とうま味の伝達

味覚において最初に同定されたメタボトロピック受容体はT1Rファミリーの2つのメンバー、T1R1とT1R2（当初はTR1とTR2と命名）41で、これらは減算法と差分法による単細胞スクリーニング技術によって発見されました。 これらの受容体は互いに約40％の相同性を示し、カルシウム感知受容体、V2Rフェロモン受容体、代謝性グルタミン酸受容体などの他のGPCRと遠縁である。 いずれもGPCRクラスCファミリーに属し、Venus flytrapドメインと呼ばれる長いN末端細胞外ドメインが特徴的な点でも共通している。 In situハイブリダイゼーション実験により、これらの受容体は前部および後部味蕾のTRCの20〜30％に発現していることが確認された。 39

当初、これらの受容体のリガンドは不明でしたが、前舌での発現に基づいて、甘味の伝達が示唆されました。 多くの人が、これらの受容体の遺伝子は、遺伝学的研究によりマウスの甘味に関与していることが以前から確認されていた第4染色体遠位部のsac遺伝子座にマッピングされるだろうと推測していました。 Fuller42は、甘味溶液を摂取する傾向が異なるマウス系統を研究し、味覚系と非味覚系（それぞれC57BL/6JとDBA/2J）におけるサッカリン嗜好性の違いのほとんどが、sacと呼ばれる単一の遺伝子座に依存することを突き止めた。 対立遺伝子の優勢型は、より鋭敏な嗜好性と相関している。 その後の研究で、この知見はアセスルファム、ダルシン、スクロースなどの追加の甘味分子にも一般化され、遺伝子における推定多型が末梢神経活動に影響を与えることが指摘された45。しかし、高解像度遺伝子マッピングを用いて、T1R1がsac遺伝子座の近傍にマッピングされた46。

T1R1、T1R2、T1R3遺伝子のノックアウトマウス、およびT1R2、T1R3遺伝子のダブルノックアウトマウスを用いて、哺乳類の主要甘味受容体としてT1R2/T1R3の検証を実施した。 T1R2ノックアウトマウスは、人工甘味料に対する嗜好性と神経応答を喪失し、天然糖質に対する応答は大幅に減少した。 T1R3-nullマウスは、うま味刺激と人工甘味料の両方に対する行動と電気生理学的反応を失い、糖類に対する反応は大きく減弱した。 このことから、T1R2またはT1R3は単量体またはホモダイマーとして機能していることが示唆された。 実際、マウスT1R3を単独で発現させたHEK-293細胞は高糖に反応した50。興味深いことに、これらの反応はヒトT1R3では観察されなかった。 これらのノックアウト研究により、T1Rタンパク質T1R2およびT1R3が甘味の検出と知覚に不可欠な役割を果たすことが明確に示された。 同様に、魅力的な自然ノックアウトでは、ネコ科は進化の初期にT1R2遺伝子の機能喪失変異を獲得し、その結果甘味を失い、ネコの砂糖への無関心を説明している57

なぜ、それほど少ない甘味受容体で、甘味知覚における多数の種や個人差を説明できるのか？ これらの違いは、種を超えた遺伝子配列の違いや種内の多型によって説明できるかもしれない。 異種発現では、ヒトT1R2/T1R3のみがアスパルテームとシクラメートに反応し、これらの化合物に無関心なラットの受容体は反応しなかった。51 さらに驚くべきことに、ヒトT1R2トランスジーンを発現するT1R2-nullマウスは、マウスには無関心な人間が甘味として認識するいくつかの分子に反応した55。 54,58 これらの多型は、遺伝子発現やタンパク質翻訳を阻害するのではなく、二量体を形成する能力や甘味料と結合する能力を阻害すると考えられている。 59

甘味受容体の発見から明らかになったもう一つのパラドックスは、炭水化物、アミノ酸、タンパク質、人工甘味料など、多様な刺激を認識できる受容体が、なぜこれほど少ないのか、ということである。 これらの受容体の構造機能研究により、二量体複合体内の複数の結合ドメインが同定され、このような大きな多様性を満たすことができる説明がなされている60,61。例えば、T1R2のVenus flytrapドメインはアスパルテームとネオテームの結合に必要であり、T1R3の膜貫通ドメインはシクラミン酸に必要62,63、T1R3のシステイン豊富領域は甘いタンパク質ブラジインに反応するのに必要64であった。 興味深いことに、ラットの受容体では、膜貫通ドメインにある2つのアミノ酸が変化しているため、この拮抗薬に対して感受性がないことが説明できる66。 現在までに、T1R2/T1R3二量体の4つのドメイン（2つのN末端ドメインと2つの膜貫通ドメイン）すべてがリガンドの結合に関与しており、それぞれが対応するリガンドに対して異なる親和性を持っている。

T1R2/T1R3 が甘味受容体と確定した同じ実験戦略の多くが、同様に T1R1/T1R3 がうまみ受容体と確定した。 異種発現させると、ヒトのT1R1/T1R3二量体はl-グルタミン酸に選択的に反応する51が、マウスの二量体はリガンド間でよりプロミスキャスであり、20種類の標準アミノ酸のほぼすべてのl-エナンチオマー（d-は不可）に反応する48、67ノックアウト研究は、T1R1/T1R3二量体をうま味受容体とみなすことをさらに実証している。 55 さらに、うま味の特徴として、イノシン5′-一リン酸（IMP）やグアノシン5′-一リン酸（GMP）などのリボヌクレオチドによって増強されることがあげられる。 この増強は異種発現でも同様に認められ、T1R1やT1R3ノックアウトマウスでは認められない。 甘味受容体とは対照的に、うま味受容体の機能ドメインはあまり探索されていない。 キメラ受容体、部位特異的変異導入、分子モデリングを用いて、グルタミン酸がT1R1のVenus flytrapドメイン（ヒンジ領域の近く）に結合し、IMPが隣接部位に結合して構造変化を安定化するという、協調的リガンド結合モデルが提案されている68

T1R1/T1R3 ダイマーがTRCにおける唯一の機能的グルタミン酸受容体かについてはまだ議論がある69,50。 T1Rファミリーの発見に先立ち、TRCに発現するmGluR4受容体のユニークな切断型がうま味受容体として報告された70。しかし、この受容体はグルタミン酸結合に必須のVenus flytrapドメインの大部分を欠き、グルタミン酸とリボヌクレオチドに対する相乗作用を持たないことが指摘され、50これらの特徴からうま味受容体の候補とは考えにくいとされている。 しかしながら、MSGのナトリウム反応とグルタミン酸反応の分離の難しさ、いくつかのT1R3ノックアウトマウスにおける残存するうま味反応56、およびmGluRアンタゴニストに対するグルタミン酸反応の減少71は、複数のうま味受容体の可能性を残している

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