26.3.1.1 Receptorii T1R: Transducția calităților gustative dulce și Umami

Primii receptori metabotropici identificați în gust au fost doi membri ai familiei T1R, T1R1 și T1R2 (numiți inițial TR1 și TR2),41 și au fost descoperiți prin tehnici de screening substractiv și diferențial pe o singură celulă. Acești receptori prezintă o omologie de aproximativ 40% unul față de celălalt și sunt înrudiți în mod îndepărtat cu alți GPCR, cum ar fi receptorul de detectare a calciului, receptorul de feromoni V2R și receptorii metabotropici ai glutamatului. Toți sunt membri ai familiei GPCR clasa C și au în comun caracteristica distinctivă a unui domeniu extracelular N-terminal lung, cunoscut sub numele de domeniul Venus flytrap. Experimentele de hibridizare in situ au stabilit că acești receptori sunt exprimați în 20-30% din TRC-urile din mugurii gustativi anteriori și posteriori. Mai mult, aceștia sunt prezenți la aproape toate vertebratele, dar nu și la nevertebrate.39

Început, liganzii pentru acești receptori erau necunoscuți, deși, pe baza expresiei lor în limba anterioară, s-a sugerat transducția dulce. Mulți au speculat că genele acestor receptori s-ar cartografia pe locusul sac, o regiune de pe cromozomul 4 distal identificată anterior prin studii genetice ca fiind implicată în gustul dulce la șoareci. Fuller42 , studiind tulpini de șoareci care diferă în ceea ce privește aviditatea lor de a consuma soluții dulci, a stabilit că majoritatea diferențelor în ceea ce privește preferința pentru zaharină la tulpinile care gustă și la cele care nu gustă (C57BL/6J și, respectiv, DBA/2J) depindeau de un singur locus, denumit sac. Forma dominantă a alelei este corelată cu o preferință mai acută. Studii ulterioare au generalizat această constatare la molecule dulci suplimentare, cum ar fi acesulfamul, dulcina și zaharoza,43,44 și au observat că polimorfismele presupuse ale genelor influențează activitatea nervilor periferici.45 Cu toate acestea, utilizând cartografierea genetică de înaltă rezoluție, T1R1 a fost cartografiat proximal față de locusul sac.46

Identitatea sacului și relația sa cu familia de receptori T1R a devenit clară atunci când a fost descoperit cel de-al treilea membru al familiei, T1R3.47-49 T1R3 este exprimat atât în câmpurile anterioare, cât și în cele posterioare în TRC-uri a căror morfologie este în concordanță cu celulele de tip II. Acesta este coexprimat fie cu T1R1, fie cu T1R2, deși o fracțiune din TRC-urile care exprimă T1R3 nu coexprimă niciunul dintre aceștia.50 Celulele T1R3 sunt coexprimate cu alte elemente ale cascadei de transducție dulce care includ α-gustducina și PLCβ2. Experimentele care utilizează sisteme de expresie heterologe au demonstrat că T1R3 necesită coexprimarea T1R2 pentru a răspunde pe deplin la o mare varietate de substanțe dulci, cum ar fi zaharurile simple, îndulcitorii artificiali, d-aminoacizii și proteinele dulci.48,51 Dimerul T1R2/T1R3 uman a răspuns la aproximativ douăzeci de compuși cunoscuți ca fiind dulci la concentrații fiziologice și a fost inhibat de lactisole, un antagonist al gustului dulce uman.51 Printr-o combinație de cartografiere fizică și explorare a bazelor de date genomice, mai multe grupuri au identificat un T1R3 ca sac în genomul rozătoarelor și uman.47-49,51-54

Validarea T1R2/T1R3 ca principal receptor al gustului dulce la mamifere a fost obținută din studii care au folosit șoareci knockout pentru genele T1R1, T1R2 sau T1R3, precum și un șoarece dublu knockout pentru genele T1R2 și T1R3. Acești șoareci au fost testați folosind teste comportamentale cu acces scurt și înregistrări electrofiziologice de la nervii chorda tympani și glossofaringian.55,56 Șoarecii T1R2-null au prezentat o pierdere a preferinței și a răspunsurilor neuronale pentru îndulcitorii artificiali și răspunsuri mult diminuate pentru zaharurile naturale. Șoarecii T1R3-null au pierdut răspunsurile comportamentale și electrofiziologice atât pentru stimulii umami, cât și pentru îndulcitorii artificiali și au avut răspunsuri mult diminuate pentru zaharuri. Doar animalul dublu knock-out a pierdut complet răspunsurile reziduale la zaharurile naturale, sugerând că T1R2 sau T1R3 pot funcționa ca monomer sau homodimer. De fapt, celulele HEK-293 care exprimă doar T1R3 de șoarece au răspuns la un nivel ridicat de zahăr50 ; în mod interesant, aceste răspunsuri nu au fost observate cu T1R3 uman. Aceste studii de knock-out au demonstrat fără echivoc rolul esențial al proteinelor T1R T1R2 și T1R3 în detectarea și perceperea dulceții. În mod similar, într-un knockout natural fascinant, familia Felidae a dobândit o mutație de pierdere a funcției în gena T1R2 la începutul evoluției și, în consecință, a pierdut gustul dulce, explicând indiferența pisicilor față de zahăr.57

Cum ar putea atât de puțini receptori de dulce să explice numărul mare de specii și diferențele individuale în percepția gustului dulce? Aceste diferențe pot fi explicate prin diferențe în secvențele de gene între specii și prin polimorfisme în cadrul unei specii. În exprimarea heterologă, doar T1R2/T1R3 umani au răspuns la aspartam și ciclamat, în timp ce receptorii de la șobolan, care este indiferent la acești compuși, nu au răspuns.51 Mai remarcabil este faptul că șoarecele T1R2-null care exprimă transgenul T1R2 uman a prezentat răspunsuri la mai multe molecule recunoscute ca dulci de către oameni, la care șoarecii sunt indiferenți.55 În cadrul unei specii, mai multe polimorfisme din mai multe tulpini de șoareci asortează în mod clar statutul de degustător și non-gustător al acestor animale.54,58 Aceste polimorfisme nu acționează prin blocarea expresiei genice sau a traducerii proteinelor, ci mai degrabă se crede că interferează cu capacitatea de a forma dimeri sau de a lega îndulcitori. La om, polimorfismele asociate cu promotorul T1R3 ajută la explicarea diferențelor bine-cunoscute în ceea ce privește sensibilitatea gustativă la zaharoză.59

Un alt paradox care reiese din descoperirea receptorilor de dulciuri este modul în care atât de puțini receptori pot recunoaște o gamă atât de diversă de stimuli precum carbohidrații, aminoacizii, proteinele și îndulcitorii artificiali. Studiile de structură-funcție ale acestor receptori au identificat mai multe domenii de legare în cadrul complexului dimer, ceea ce explică modul în care poate fi întâlnită o diversitate atât de mare.60,61 De exemplu, domeniul Venus flytrap al T1R2 este necesar pentru legarea aspartamului și a neotamului, domeniul transmembranar T1R3 este necesar pentru ciclamat,62,63 iar regiunea bogată în cisteină a T1R3 este necesară pentru a răspunde la proteina dulce brazzeină.64 Lactisole, un antagonist al dulciurilor, se leagă de un buzunar din cadrul domeniului transmembranar al T1R3 uman;65 în mod interesant, schimbarea a doi aminoacizi în domeniul transmembranar 5 al receptorului de șobolan explică insensibilitatea acestuia la acest antagonist.66 Până în prezent, toate cele patru domenii ale dimerului T1R2/T1R3 – cele două domenii N-terminale și cele două domenii transmembranare – au fost implicate în legarea liganzilor, fiecare cu afinități distincte față de liganzii săi corespunzători.

Multe dintre aceleași strategii experimentale care au confirmat T1R2/T1R3 ca fiind receptorul dulce au confirmat în mod similar T1R1/T1R3 ca fiind receptorul umami. Atunci când este exprimat în mod heterolog, dimerul T1R1/T1R3 uman răspunde selectiv la l-glutamat,51 în timp ce dimerul de șoarece este mai promiscuu printre liganzii săi, răspunzând practic la toți enantiomerii l- (dar nu și d-) ai celor 20 de aminoacizi standard.48,67 Studiile de knock-out documentează și mai mult dimerul T1R1/T1R3 ca fiind receptorul umami. Eliminarea T1R1 sau T1R3 a eliminat răspunsurile comportamentale și electrofizio-logice ale gustului la glutamat.55 În plus, o trăsătură caracteristică a gustului umami este potențarea acestuia de către ribonucleotide, cum ar fi inozina 5′-monofosfat (IMP) și guanosina-5′-monofosfat (GMP). Această potențare este observată în mod similar în cazul expresiei heterologe și este absentă la șoarecii cu T1R1 sau T1R3 knock-out. Spre deosebire de receptorul gustului dulce, domeniile funcționale ale receptorului umami sunt mai puțin explorate. Utilizând receptori chimerici, mutageneză dirijată la fața locului și modelare moleculară, a fost propus un model de legare a ligandului prin cooperare, în care glutamatul se leagă de domeniul Venus flytrap al T1R1 (aproape de regiunea de balama), iar IMP se leagă de un situs adiacent care stabilizează schimbarea conformațională.68

Există încă o dezbatere cu privire la faptul dacă dimerul T1R1/T1R3 este singurul receptor de glutamat funcțional în TRC.50,69 Înainte de descoperirea familiei T1R, o formă trunchiată unică a receptorului mGluR4 exprimat în TRC-uri a fost raportată ca fiind receptorul umami.70 Cu toate acestea, s-a subliniat faptul că acestui receptor îi lipsește o mare parte din domeniul Venus flytrap, care este esențial pentru legarea glutamatului, și nu are sinergie pentru glutamat și ribonucleotide.50 Aceste caracteristici îl fac mai puțin probabil un receptor candidat pentru umami. Cu toate acestea, dificultatea de a disocia răspunsurile de sodiu și glutamat ale MSG, răspunsurile umami reziduale la unii șoareci knock-out T1R3,56 și reducerea răspunsurilor de glutamat la antagoniștii mGluR71 lasă deschisă problema receptorilor multipli de umami.

.