GPCRs | TRCs |

Taste System

Слово "taste" часто используется для описания ощущений, возникающих в ротовой полости. Однако биологическое определение вкусового ощущения или дегустации уже и включает только ощущение,обусловленное специализированной анатомической и физиологической хемосенсорной вкусовой системой. Помимо вкусовых ощущений пища обычно одновременно вызывает и др. ощущения, напр., запах, прикосновение, температуру и возбуждение. Хотя не всегда легко разделить эти ощущения сенсорно, но не вкусовые компоненты воспринимаются др. системами, обонянием и соматосенсорной системой.

Вкусовая система млекопитающих включает вкусовые рецепторные клетки ( taste receptor cells (TRCs)), организованные во вкусовые почки, расположенные во вкусовых сосочках. Большинство вкусовых сосочков относятся к трем типам- fungiform, foliate и vallate-и располагаются на языке. Имеется значительное количество вкусовых сосочков на нёбе, ротовой части глотки, гортани, надгортаннике и верхней части пищевода. Апикальные концы TRCs обращены в ротовую полость и взаимодействуют со вкусовыми стимулами, обычно водо-растворимыми химическими соединениями. Их взаимодействие генерирует сигналы, которые передаются в головной мозг посредством веточек трех краниальных нервов, VII (facial), IX (glossopharyngeal) и X (vagus). Одна веточка от VII нерва, chorda tympani nerve, посылает волокна в переднюю часть языка, включая грибовидные сосочки и возможно в переднюю порцию листовидных сосочков. Др. ветвь нерва VII, greater petrosal nerve, посылает волокна к вкусовым зачаткам на мягком нёбе. Аксоны языкоглоточного нерва иннервируют окруженные валиком и листовидные сосочки и возможно вкусовые почки на глотке. Аксоны блуждающего нерва иннервируют вкусовые почки на надгортаннике, гортани и верхней части пищевода (170). Эти ганглионарные первого порядка нейроны заканчиваются в ростральной части ядра solitary тракта в продолговатом мозге. Проекции высшего порядка от ядра солитарного тракта включают parabrachial ядро, thalamic вкусовую область, insular-opecular (primary) вкусовую часть коры, каудолатеральную orbitofrontal (вторичную) кортикальную вкусовую область, amygdala, гипоталямус и базальные ганглии (144). Такая широкая представленность вкусовой информации в головном мозге, по-видимому, служит для её интеграции с интроцептивными (hunger, satiety, specialized appetites) и экстрацептивными (vision, olfaction, somatosensation) сигналами и для генерации поведенческих реакций на вкусовые стимулы. Центральная переработка вкусовой информации ведет к восприятию нескольких разных аспектов вкусовых ощущений: качества, интенсивности, hedonics (приятностного или неприятного) , местоположения и постоянства.

Nutrition, Taste Reception, and Taste Receptors

Жизнеспособность всех животных зависит от потребления питательных веществ. Однако, источники пищи часто содержат токсические субстанции. Вкус помогает животным решить, является пища пригодной для них и должны ли они её потреблять, или она вредна и они д. её отторгнуть. Очевидно, что вкусовые ощущения страхуют животных от выбора пищи, соответствующей нуждам их тела.

Сегодня все согласны, что вкусовые ощущения человека могут быть подразделены на 5 качеств: горькое, кислое, солёное, сладкое и umami (пряности; прототипическим стимулом служит аминокислота glutamate). Отвратительный горький вкус часто указывает на присутствие токсинов в пище. Горький и кислый вкус могут также сигнализировать о испоченности пищи. Основными стимулами соленого вкуса являются соли натрия, но некоторые и не натриевые соли также имеют компонент соленого вкуса. Это указывает на то, что сигналы соленого вкуса присутствуют или в натрии или в минералах в целом. Для некоторых видов животных реакции на соленый вкус широко отличаются между натрий-насыщенными и -истощенными животными. Концентрированные растворы солей, которые вызывают отвращение у натрий- или минерал-насыщенных животных могут казаться вкусными животным с недостатком. Наиболее распространенными естественными стимулами сладкого вкуса являются сахара, которые указывают на присутствие в пище углеводов. Наиболее широко распространенными вкусовыми umami стимулами являются L-glutamate, который может указывать на присутствие белка. Др. важные питательные вещества включают липиды, кальций и воду, но существование вкусовых качеств, соответствующих им является спорным.

Существование нескольких отличающихся вкусовых качеств указывает на от, что каждое вкусовое качество имеет специфический кодирующих механизм, опосредуемый специализированными вкусовыми рецепторами. Современные данные подтвердают эту гипотезу. Восприятие вкусовых качеств, которые люди описывают как сладкое, umami и горькое, обеспечивается белками T1R и T2R семейств. Рецепторы кандидаты были предположены для соленого и кислого вкуса.

Традиционно ощущения людей используются для описания основных пяти вкусовых качеств. Хотя имеется множество исследований, показывающих, что механизмы, лежащие в основе восприятия определённых вкусовых качеств сходны у людей и животных, но применяемые термины для ощущений у людей и не принадлежащих к человеческому роду животных д. использоваться с осторожностью. Более правильно описывать восприятие вкусовых качеств nonhuman животными, используя химические названия вкусовых стимулов (напр.. вкус натрия или подобный сахарозе вкус), но для краткости мы будем использовать человеческие описания для вкусовых качеств.

What Are Taste Receptors?

Функцией вкусовых рецепторов, как хеморецепторов, которые взаимодействуют со вкусовыми стимулами или лигандами, чтобы инициировать афферентный сигнал, передаваемый в головной мозг, где и осуществляется ощущение вкуса. Т.к. многие вкусовые лиганды с трудом преодолевают клеточную мембрану, поэтому вкусовые рецепторы, как полагают, являются частью мембран TRC. В согласии с этим мнением, T1R и T2R рецепторы принадлежат к сверхсемейству G protein-coupled receptors (GPCRs) с характерными 7 доменами, пронизывающими плазматическую мембрану. Однако, некоторые др. вкусовые стимулы могут проникать сквозь клеточную мембрану; сюда входят натрий, протоны и некоторые горькие и сладкие соединения. Эти соединения могут взаимодействовать с внутриклеточными мишенями, чтобы активировать TRC, и поэтому определение, что является вкусовыми рецепторами для таких лигандов, не совсем ясно.

Хотя ряд белков, как полагают, выступает в качестве вкусовых рецепторов, не все из них единодушно считаются таковыми. Мы полагаем, чтобы проверить, что молекула функционирует в качестве вкусового рецептора она д. удовлетворять нескольким критериям: (a) необходима молекулярная характеристика рецептора кандидата, (b) д. быть подтверждена его экспрессия в TRCs, (c) д. быть идентифицированы соотв. лиганды и (d) д. быть продемонстрированы изменения вкусовой функции в результате изменений вкусовых рецепторов.

Nomenclature and Classification of Taste Receptor Genes and Proteins

Публикации по вкусовым рецепторам имеют ряд расхождений в названии генов и белков [e.g., see Supplemental Tables 1 and 2 (for all Supplemental Material, follow- the Supplemental Material link from the Annual Reviews home page at http://www.annualreviews.org)]. Это создает трудности для сравнения описаний одних и тех же генов. Эта ситуация обща и для др. типов генов и может стать особенно запутанной в крупных семействах генов, присутствующих у многих видов, такие как гены вкусовых рецепторов. Была предпринята попытка унификации номенклатуры генов и белков (157).

Сложность с идентификацией генов и белков вкусовых рецепторов подчеркивает важность следования правилам номенклатуры. Указания по номенклатуре генов у людей, мышей и крыс доступны в интернете (3, 5). Для двух наиболее охарактеризованных семейств вкусовых рецепторов, T1R и T2R, стандартное название генов следует описанию : "taste receptor, type 1, member 1" (с соотв. типу и количеству числом). Соотв. абревиатура символа гена с таким именем будет Tas1r1 (у мышей и крыс) или TAS1R1 (in human); соотв. символ белка будет T1R1 (заглавные, не косые буквы). Для краткости и особенно, когда мы обозначаем человеческие (TAS... R) и грызунов (Tas... r) гены, мы описываем их как T ... R гены. Т.к. различия в буквенных символах (заглавные или строчные), людские и мышиные T2R гены могут также отличаться по количеству членов: гены человека имеют количество членов менее 100 (TAS2R1-TAS2R6S), тогда как мышиные гены имеют количества членов более 100 (Tas1r102-Tas2r146). Гены и белки у др. видов могут быть отличены по добалвению маленьких букв, указывающих вид, напр., rTas2r123 для крыс. Списки человеческих и мышиных генов вкусовых рецепторов, включая их названия, символы и синонимы можно найти в Supplemental Tables 1 and 2, в человеческой (2) и мышиной (4) геномных базах данных. Компиляция человеческих и мышиных символов генов T2R, альтернативные символы и входящие номера GenBank опубликованы в (7). Окончательным идентификатором гена являются его нуклеотидные последовательности, которые д. быть использованы в случае неопределенности. несколько систем классификации было предложено для сверхсемейства GPCR. Одна из наиболее часто используемой включает GPCRs разных позвоночных и беспозвоночных видов и групп подразделяет их на 6 классов (clans): A, B, C, D, E и F (1).Согласно этой классификации, T1Rs принадлежат к классу C (metabotropic glutamate/pheromone) GPCRs. T2Rs описываются или как отдельное предполагаемое семейство (1) или как отдаленно родственное с классом A (rhodopsin-like) GPCRs (6). Сравнительно недавно предложена GRAFTS (glutamate-rhodopsin-adhesion-frizzled/taste2-secretin) система классификации, базирующаяся на филогенетическом анализе трансмембранных частей GPCRs человека (58). Согласно этой классификации, T1Rs относятся к семейству glutamate. T2Rs формирует самостоятельный кластер внутри frizzled/taste2 семейства; второй кластер этого семейства включает frizzled рецепторы, участвующие в клеточной пролиферации и развитии.

T1R RECEPTORS

Discovery

Открытие трех T1R рецепторов млекопитающих произошло в результате двух конвергирующих линий исследований. Первая линия была связана с идентификацией генетического локуса, который затрагивает предпочтение к saccharin у мышей (локус Sac). В 1974, используя долговременные, двукамерны тесты, Fuller (60) показал, что различия в предпочтении к сахарину между C57BL/6 и DBA/2 ирнбредными линиями в основном зависят от одного локуса, Sac, доминантный Sac^b аллель присутствует в C57BL/6 линии, которая ассоциирует с высоким предпочтением к сахарину, а рецессивный аллель Sac^d присутствует в линии DBA/2, которая характеризуется низким предпочтением к сахарину. Последующие исследования подтвердили эту находку на BXD рекомбинантных инбредных линиях и в скрещиваниях между C57BL/6 и DBA/2 и между C57BL/6 и 129 линиями (16, 23, 26, 113, 115, 133). Помимо предпочтения к подсластителю генотип Sac влиял на афферентную реакцию вкусовых нервов на сластители (16, 98), это указывало на то, что ген Sac участвует в передаче вкуса с периферии и может кодировать вкусовой рецептор сладкого. Локус Sac был картирован в субтеломерной области хромосомы 4 мыши (16,26, 115,133).

Вторая линия исследований произошла из анализа библиотеки кДНК, характерной для вкусовых почек (72), в результате чего были открыты два предположительно G protein-coupled вкусовых рецептора, T1R1 и T1R2 (71). Локализация гена Tas1r1 в дистальной части хромосомы 4 мыши, вблизи локуса Sac показала, что Tas1r1 и Sac идентичны. Однако, генетическое картирование высокого разрешения отвергло эту возможность, показав разные локализации для Tas1r1 и Sac (98). Исследования по позиционному клонированию в Monell Chemical Senses Center показали, что локус Sac соответствует новому гену, Tas1r3, который явился третьим членом семейства Tas1r (14, 97, 137). Эти исследования ограничили геномную позицию локуса Sac критическим интервалом, не превышающим 194 kb и идентифицировали гены внутри этого региона, один из этих генов, Tas1r3, и оказался наиболее возможным каодидатом на роль локуса Sac, исходя из эффектов Sac генотипа на периферическую чувствительность к сладкому вкусу (16, 98) и из участия G protein-coupled механизма в трансдукции сладкого вкуса (171). Варианты последовательности Taslr3 оказаличсь ассоциированными с фенотипами предпочтения к сладкому у генеалогически различающихся линий мышей (14,137). Замена аллеля Tas1r3 у конгенных мышей приводила к фенотипическому изменению, приписываемого локусу Sac (14). Эти данные предоставили доказательства идентичности Sac и Tas1r3 и роли T1R3 рецептора в восприятии сладкого.

В некоторых др. исследованиях получены дополнительные доказательства, что Sac и Tas1r3 идентичны:

1. Трансгенные эксперименты по устранению фенотипа, в которых геномный клон, содержащий ген Tas1r3 мышей линии C57BL/6 с доминантным Sac аллелем, детерминирующим высокое предпочтение к сладостям, был внесен в геном мышей, несущих рецессивный аллель Sac (линия 129Xl/Sv ) , детерминирующего низкое предпочтение к сладостям. Трансгенные мыши имели высокое вкусовое предпочтение к сахарозе и сахарину (но не к несладким растворам) по сравнению с 129Xl/Sv мышами(127).

2. Генетически сконструированные мыши, лишенные гена Tas1r3 имели пониженную или отсутствующую реакцию на сладости (46, 179).

3. Клетки с гетерологически экспрессируемыми T1R2 + T1R3 белками отвечали на сахарозу и сахарин более сильно, когда C57BL/6 Tas1r3 аллель был использован по сравнению с клеточной реакцией, когда использовался 129Xl/Sv Tas1r3 аллель (126).

4. Исследование in vitro (130) показало, что связывание нескольких подсластителей с внеклеточным N-терминальным доменом T1R3 белка снижается, когда isoleucine в положении 60 [a предполагаемый sweetener-чувствительный аллель гена Sac/Tas1r3 (137)] был замещен на threonine (предполагаемый гипочувствительный аллель гена Sac/Tas1r3).

Дополнительные доказательства, что три T1R белка действуют как вкусовые рецепторы, включают доказательства, что f: (a) T1Rs экспрессируются во вкусовых рецепторных клетках (46, 71, 86, 91, 92, 99, 101, 107, 120, 123, 127, 137, 147); (b) клеточные культуры с гетерологически экспрессируемыми T1Rs отвечают на вкусовые стимулы (100, 126, 127, 179); и (c) целенаправленные мутации генов Tas1r влияют на вкусовое восприятие генетически сконструированных мышей (46, 179).

Genomic Organization

Три мышиных Taslr гена локализованы в дистальной части хромосомы 4 в последовательности Tas1r2 (70.0 cM or 139 Mb, NCBI Build 36)-Tas1r1 (81.5 cM or 151 Mb)-Tas1r3 (83.0 cM or 155 Mb). Их ортологи у человека располагаются в области законсервированной синтении в коротком плече хромосомы 1 человека в том же порядке: TAS1R2 (lp36A3)-TASlRl (lpl6.21)-TASlR3 (lp36.33) (see Supplemental Figure 1).

Мышиные Taslr гены содержат 6 кодирующих экзонов (Supplemental Figure 2) и транслируются в белки из 842-858-аминокислот. Белки TIR (Figure 1) имеют предсказуемую вторичную структуру, которая включает 7 трансмембранных спиралей, формирующих heptahelical домен и крупный внеклеточный N-конец, состоящий из Venus flytrap модуля и домена, богатого цистеином (134). Получены доказательства альтернативного сплайсинга T1R1 (Supplemental Figure 3), T1R2 (123) и T1R3 (92, X. Li and D. Reed, unpublished data) генов.

Tissue Expression

Главными местами экспрессии генов TIR являются TRC вкусовых почек. У мышей, крыс, людей, свиней и кошек ген T1R3 экспрессируется во всех типах вкусовых почек (46, 91, 92, 99, 107, 120, 123, 127,137, 147). Первые исследования показали, что у мышей и крыс ген TlR1 преимущественно экспрессируется в fungiform и нёбных вкусовых почках, и в небольшом проценте в foliate вкусовых почках и редко экспрессируется в circumvallate вкусовых почках. Ген T1R2 преимущественно экспрессируется в circumvallate и foliate вкусовых сосочках, экспрессируется в незначительном проценте в небных вкусовых почках и редко в fungiform вкусовых почках (71,91, 123, 127). T1R1 и T1R2 редко ко-экспрессируются в одних и тех же TRC (71, 127). Гены TIR не ко-экспрессируются с генами T2R(127). У мышей и крыс существуют три основных паттерна ко-экспрессии TIR генов в TRC: первый паттерн это ко-экспрессия T1R1 и T1R3 (в fungiform и нёбных вкусовых почках), второй паттерн это ко-экспрессия T1R2 и T1R3 (в circumvallate, foliate и нёбных вкусовых почках) и третий паттерн это экспрессия только T1R3 (в fungiform и небных вкусовых почках) (120, 123, 127).

Ко-экспрессия T1R3 с TlRl или T1R2 в одной и той же TRC указывает на то, что они могут функционировать как гетеродимеры, что, как считают, характерно для GPCRs (134). Этот паттерн ко-экспрессии также указывает на то, что вкусовые реакции на сладости обеспечиваются с помощью комбинации T1R2 + T1R3 рецепторов и преимущественно появляются в языкоглоточном нерве, который иннервирует circumvallate вкусовые сосочки и что вкусовая реакция на umami/L-аминокислоту обеспечивается с помощью комбинации T1Rl + T1R3 рецепторов д. преимущественно возникать в нерве chorda tympani, который иннервирует fungiform вкусовые сосочки. Однако, это не соответствует результатам электрофизиологических исследований, которые показали, что и chorda tympani и glossopharyngeal нервы реагируют на сладкие и umami вкусовые стимулы (47, 74, 131, 132).

Последующие исследования на мышах показали, что TRCs как в fungiform так и circumvallate сосочках каждый экспрессируется только один T1R рецептор и во всех возможных комбинациях (T1R1 + T1R2, T1R1 + T1R3, T1R2 + T1R3, and T1R1 + T1R2 + T1R3) (86). Сходным образом было установлено, что fungiform вкусовые почки человека экспрессируют все три T1R гена, а некоторые fungiform TRC ко-экспрессируют T1R2 и T1R3 (101). Эти результаты хорошо согласуются с электрофизиологической чувствительностью нервов chorda tympani и glossopharyngeal. Они также подтвердили существование T1R1 + T1R2 гетеродимеров и гомодимеров для каждого T1R рецептора. Ко-экспрессия T1R1 и T2R генов у мышей также было описано (86).

Ligands

Взаимодействия T1R рецептор-лиганд были охарактеризованы в исследованиях двух типов. В In vitro экспериментах по гетерологической экспрессии, анализирующих реакции на вкусовые стимулы в клетках, трансфицированных TIRs. In vivo эксперименты изучали эффекты Tas1r генотипов на вкусовые реакции мышей. Два типа изменчивости генов были изучены in vivo: целенаправленные мутации, разрушающие ген (46,179) и естественная аллельная изменчивость (78) (см. Supplemental Table 3).

Гетерологически экспрессируемые T1R2 + T1R3 отвечают на большое количество сладостей. Система in vitro воспроизводит межвидовые различия in vivo в отношении чувствительности к сладкому вкусу. Некоторые сластители (aspartame, cyclamate, neo-hesperidin dihydrochalcone, neotame и сладкие белки) воспринимаются как сладкие людьми, но не грызунами (e.g., 17, 48, 77). Соответственно человеческие, но не грызунов, T1R2 + T1R3 отвечают на эти сластители. Гетерологически экспрессируемые TlRl + T1R3 действуют как широко настроенные L-аминокислотный рецептор у мышей и как более узко настроенный umami рецептор у людей.

Эксперименты по гетерологической экспрессии комбинаций TIRs у разных видов (включая межвидовые химерные рецепторы и рецепторы с мутациями, созданными на сате межвидовых вариантов) охарактеризовали функциональное значение разных доменов белков T1R. Эти исследования показали, что T1R1 человека детерминирует более высокую избирательность TlRl + T1R3 рецепторов к glutamate по сравнению с рецепторами мышей (126). Человеческий T1R2 обеспечивает чувствительность T1R2 + T1R3 рецептора к aspartame, glycyrrhizic acid, neotame, thaumatin, brazzein и monellin (83, 126, 169, 179). Внеклеточный N-терминальный домен T1R2 участвует в распознавании aspartame (80, 176), neotame (176), D-tryptophan и sucrose (80). Трансмембранный домен T1R2 необходим для купирования G-белка рецептором T1R2 + T1R3 (176). Чувствительность T1R2 + T1R3 рецептора к cyclamate и neohesperidin dihydrochalcone и его чувствительность к ингибитору сладкого вкуса lactisole, зависит от присутствия человеческого T1R3 (83, 178), особенно его трансмембранного домена (81, 82, 169, 176). Богатая цистеином область T1R3 участвует в распознавании brazzein и monellin (83).

Для некоторых лигандов продемонстрировано взаимодействие с субъединицами T1R2 и T1R3 рецепторов. Чувствительность к brazzein и monellin зависит от взаимодействия с T1R2 и T1R3 человека (83). Метод связывания показал, что N-терминальные домены мышиных T1R2 и T1R3 связывают сласти (glucose, sucrose и sucralose), посредством различающегося сродства и конформационных изменений: по сравнению с T1R2, T1R3 связывает sucrose с высоким сродством и глюкозу с низким сродством (130).

В соответствии с результатами in vitro , Tas1r1 нокаутные мыши дефицитны по вкусовым реакциям на L-аминокислотные и umami стимулы, Tas1r2 нокаутные мыши дефицитны по вкусовым реакциям на сладости, а Taslr3 нокаутные мыши дефицитны по вкусовой реакции на все эти стимулы (46, 179). Вариации естественно возникших аллелей Tas1r3 в инбредных линиях мышей (78) обнаруживают паттерн эффектов не совсем идентичный эффектам разрушения Tas1r3 у нокаутных мышей. Аллельная изменчивость Tas1r3 затрагивает вкусовые реакции на сладости (включая D-аминокислоты), но не на L-аминокислоты, nonchiral glycine или umarni вкусовые стимулы. Этот паттерн более сходен с изменениями, обнаруживаемыми у Tas1r2 нокаутных мышей. Возможно причиной тому является то, что нулевой аллель Tas1r3 предупреждает образование гетеромерных рецепторов с T1R1 и T1R2, тем самым затрагиваются реакции на все лиганды этих рецепторов. Естественная аллельная изменчивость Tas1r3 затрагивает активность связывания белка T1R3 со сладостями (130), но не влияет на реакции гетерологически экспрессируемых T1R1 + T1R3 на аминокислоты (126), это соответствует эффектам полиморфизмов Tas1r3 in vivo. Отсутствие эффектов естественной аллельной изменчивости Tas1r3 на вкусовые реакции на лиганды T1R1 + T1R3 рецептора может быть объяснено несколькими возможными механизмами: (a) лиганд соединяется с T1R3 рецептором в сайте, которого не касаются полиморфные варианты, (b) лиганд соединяется с T1R1 рецептором или (c) существует др. вкусовой рецептор, связывающий эти лиганды.

У Tas1r2 и Tas1r3 нокаутных мышей, концентрированные растворы сахаров вызывают сниженную но не полностью элиминированную вкусовую реакцию (46, 179). Эти остаточные реакции полностью элиминировались у Tas1r2/Tas1r3 дважды-нокаутных мышей (179). Это указывает на то, что T1R2 и T1R3 могут действовать как собственно рецепторы сахаров низкого сродства, возможно в виде гомодимеров. В согласии с этой гипотезой гетерологически экспрессируемый T1R3 реагирует только на 0.5 M sucrose, но не на более низкие концентрации sucrose (менее 0.3 M) или искусственные сластители (179). Гетерологически экспрессируемый T1R3 сам также отвечает на сахар trehalose (8); однако, в др. исследовании описывается, что trehalose индуцирует достоверное независимое от рецептора возрастание Ca²⁺, и поэтому использование в гетерологических системах бесполезно (179). Отсутствуют реакции на сладости в клетках, гетерологически экспрессирующих только T1R2.

Данные по специфичности лигандов T1R рецепторов указывают на то, что восприятие большинства сладких и uniaini вкусовых стимулов происходит посредством активации этих рецепторов. Это согласуется с результатами некоторых исследований восприятия у людей (31, 32). Однако, существование дополнительных рецепторов сладкого или umami не исключено и некоторые кандидаты будут представлены ниже.

Allelic Variation of T1R Genes and Its Role in Individual Variation in Taste Responses

Внутривидовая изменчивость T1R генов изучалась у отличающихся этнически индивидов и в линиях крыс и мышей. У крыс и мышей анализировалась ассоциация вариантов Tas1r3 гена со вкусовыми реакциями на сладости.

Humans. Люди отличаются по восприятию вкуса сладкого, но генетическое предопределение такой изменчивости не установлено однозначно (138, 140). У людей, происходящих из Африки, Азии, Европы и Американских туземцев, все три гена TAS1R обнаруживают множественные полиморфизмы, которые включают и те, что возникли в результате аминокислотных замен белков T1R и даже в результате преждевременного стоп кодона у TAS1R1. Большинство вариантов аминокислотных последовательностей возникает во внеклеточной N-терминальном домене, к которому вкусовые лиганды скорее всего и присоединяются во вкусовых рецепторах. TAS1R2 особенно разнообразен по сравнению с др. генами людей: величина его полиморфизма выше средней, на 5% - 10% по сравнению со всеми изученными генами людей. Т.о., TAS1R вариации в популяциях людей предположительно вносят больше всего в изменчивость вкуса сладкого (который зависит от TAS1R2 и TAS1R3), чем в изменчивость вкуса umami (который зависит от TAS1R1 и TAS1R3) (89).

Rats. Некоторые линии крыс отличаются по предпочтению к сахарину, но не отличаются по последовательности белка T1R3. Некоторые варианты Tas1r3, кодирующие не белки, обнаруженные среди этих линий, не были ассоциированы с заметными различиями в экспрессии Tas1r3 и поэтому вряд ли затрагивали функцию T1R3. Следовательно, выраженные различия между линиями крыс по предпочтению сахарина, зависят от генов. иных нежели Tas1r3 (107).

Mice. В первоначальных исследования, в которых был идентифицирован мышиный ген Tas1r3 было выявлено несколько полиморфизмов, ассоциированных с предпочтениями к сладкому (91, 120, 123, 127, 147). Однако, эти исследования были лишены собственно количественного анализа ген-фенотипических ассоциаций. Reed et al. (137) провели тщательный количественный анализ последовательностей вариантов Tas1r3, ассоциированных с предпочтением к сахарину, используя 30 генеалогически отличающихся инбредные линии мышей. Из 89 полиморфизмов. выявленных внутри ~6.7 kb геномной области, включающей и ген Tas1r3 8 были достоверно ассоциированы с предпочтением к сахарину. Отсутствие отличий в экспрессии гена Tas1r3 во вкусовых тканях мышей с разными аллелями Tas1r3 показало, что функция рецептора скорее всего затрагивается полиморфизмами, которые изменяют аминокислотные последовательности белка T1R3. Полиморфизм кодирующих последовательностей с наиболее сильной ассоциацией с предпочтением к сахарину приводит к аминокислотным заменам isoleucine на threonine в положении 60 (I60T) во внеклеточном N-конце предполагаемого T1R3 белка. Моделирование белка T1R3 с использованием структуры, родственной рецептору mGluRl, в качестве прототипа, подтвердило, что замена I60T вносит добавочный сайт N-терминального гликозилирования, который может затрагивать димеризацию рецептора (120). Однако, это не было подтверждено с помощью ко-иммунопреципитации (126). Было также предположено, что такого типа полиморфизм может влиять на связывание лиганда (137). Это предсказание впоследствии было подтверждено в исследованиях in vitro s, показавших, что соотв. сайт-направленные мутационные изменения меняют сродство связывания белка T1R3 с некоторыми сладостями (130).

Некоторые молекулы были предположены в качестве кандидатов на роль вкусовых рецепторов млекопитающих для восприятия umami или glutamate, включая сплайс-варианты metabotropic glutamate рецепторов, mGluR4 и mGluRl и N-methyl-D-aspartate-type glutamate ion channel рецептор (30, 39a, 148, 160). Некоторые, ощущаемые как сладкое. соединения могут проникать через мембрану TRC и действуют на внутриклеточные мишени (125). Т.о., эти биологические молекулы могут функционировать как внутриклеточные рецепторы таких соединений.

T2R RECEPTORS

Discovery

Существование семейства, ощущающих горький вкус, было предсказано более чем 10 лет тому назад I. Lush, генетиком, изучающим различия между линиями мышей в отношении отвращения к горькому вкусу и предположившем, что кластер генов, воспринимающих горькое "have evolved from one original bitterness gene by a process of local duplication and differentiation" (115). Гены T2R были открыты в 2000 двумя группами. Открытия базировались на анализе недавно выявленных геномных последовательностях человека в геномных областях, сцепленных с чувствительностью к горькому вкусу у людей и мышей. Adler et al. (6) исследовали область хромосомы 5 человека , сцепленной с восприятием горького соединения 6-n-propyl-2-thiouracil (PROP) (139) и открыли новый GPCR, TAS2R1. Сходные исследования геномной ДНК выявили дополнительные родственные гены в хромосомах 7 и 12 человека. Хотя ген TAS2R1 является кандидатом локуса чувствительности к PROP его взаимоотношение еще экспериментально не подтверждено и лиганды для T2R1 пока неизвестны. Matsunami et al. (118) исследовали область хромосомы 12 человека с законсервированной синтениейс областью мышиной хромосомы 6, содержащей локус sucrose octaacetate aversion (Soa) (13, 36, 115) и открыли TAS2R гены, базируясь на их слабом сходстве с vomeronasal рецепторным геном. Некоторые последующие публикации идентифицировали дополнительные TAS2R гены у людей, крыс и мышей (42,43, 174).

Genomic Organization

Современные геномные базы данных (2, 4) содержат список из 43 TAS2R генов человека (38 интактных генов и 5 псевдогенов; Supplemental Table 1) на хромосомах 5, 7 и 12 (Supplemental Figure 1) и 40 мышиных Tas2r генов (35 интактных генов и 5 псевдогенов; Supplemental Table 2) на хромосомах 2, 6 и 15. Гены T2R не содержат интронов (Supplemental Figure 2) и кодируют в ~300-3 30 аминокислот GPCR белки с коротким N-терминальным внеклеточным доменом (Figure 1).

Tissue Expression

Основным местом экспрессии генов T2R у млекопитающих являются TRCs из circumvallate, foliate, palate и epiglottis вкусовых почках и в меньшей степени из fungiform вкусовых почек (6, 9, 21, 33, 34, 93, 118). У млекопитающих, T2R и T1R гены экспрессируются в разных субнаборах TRC(127)(but see 86).

Очевидно, что множественные T2Rs ко-экспрессируются в одних и тех же TRC и. по-видимому, почти все T2Rs экспрессируются в каждой T2R-позитивной TRC (6). В основном перекрывающаяся экспрессия генов T2R в индивидуальных TRCs подтверждена с помощью трансгенных "rescue" экспериментов. У дефицитных к восприятию горького phospholipase Cβ2 (PLCf32) нокаутных мышей, PLCβ2 повторно вносился под контролем трех разных промоторов Tas2r генов. Чувствительность ко всем изученным стимулам горького вкуса (преимущественно действующими на разные T2R рецепторы) восстанавливалась в каждой из трансгенных линий, полученных с разными конструкциями (124). Однако, результаты др. исследований (118) показали, что разные TRCs могут экспрессировать разные T2Rs.

Паттерн экспрессии T2R оказывает влияние на кодирование горького вкуса. Ко-экспрессия множественных T2Rs в одних и тех же TRCs (6, 124) согласуется с поведенческой дискриминацией и генерализацией данных на приматах и крысах, указывающих на идентичное качество вкусового восприятия разных горьких соединений (10, 154) , а нейрофизиологические данные показали, что реакция на разные стимулы горького активирует сходные группы нейронов у крыс в ядре solitary тракта (37) и коре приматов (152). С др. стороны, экспрессия разных T2Rsв разных TRCs (118) согласуется с нейрофизиологическими данными, показывающими, что разные стимулы горького вкуса активируют разные TRCs (3 5) и афферентные периферические вкусовые нейроны (45) у крыс, при этом отсутствует генерализация обусловленного вкусом отвращения между некоторыми стимулами горького вкуса у хомячков (56). Эти последние данные указывают на то, что вкусовая система может обеспечивать различия между разными стимулами горького вкуса. Было предположено, что осуществляются различия между разными стимулами горького вкуса. Было предположено, что различие обеспечивается экспрессией множественных T2Rs в одной и тойж де TRC и избирательными реакциями TRCs на горечи могут быть обусловлены различия в уровнях экспрессии одного и того же T2R в разных TRCs. Это д. приводить к изменчивости между индивидуальными клетками, экспрессирующими T2R, в отношении их чувствительности к горьким стимулам, хотя каждый из этих TRCs д. по прежнему отвечать на множественные лиганды горького (38).

Ligands

Количество соединений, воспринимаемых людьми как горькое (65) значительно большее, чем количество генов TAS2R у человека, это может указывать на то, что каждый T2R человека соответствует более чем одному лиганду горького (22). То же самое. скорее всего, верно и для др. видов. Некоторые T2Rs взаимодействуют с широким кругом лигандов, ощущаемых как горькое (напр., TAS2R14 и TAS2R16; see Supplemental Table 4), что подтверждает ожидание. Однако, некоторые др. T2Rs, по-видимому, обладают более узким набором лигандов. Было предположено, что разные T2R аллели могут иметь разные профили лиганд-специфичности (87, 122). Т.о., репертуар рецепторов горького вкуса не ограничивается количеством T2R генов, может использоваться столько рецепторов, сколько существует аллелей T2R (122).

Лиганды были установлены только для относительно небольшого числа T2Rs у 4-х видов позвоночных: людей, шимпанзе, крыс и мышей (Supplemental Table 4). Все соединения, которые взаимодействуют с T2Rs, вызывают ощущение горького вкуса у людей. Специфичность лигандов T2R определяется преимущественно в исследованиях in vitro . Для следующих 6 T2Rs, специфичность лигандов была изучена in vitro и in vivo с противоречивыми результатами, которые предоставляют неотразимые доказательства, что эти T2Rs действуют как рецепторы горького вкуса.

Мышиный ген Tas2r105 располагается в геномной области локуса Cyx (cycloheximide tasting) (11, 114) на дистальной части хромосомы 6. Варианты кодирующей последовательности Tas2rl05 ассоциированы с поведением чувствительности к cycloheximide у нескольких инбредных линий мышей (39, 128). Клетки гетерологически экспрессирующие Tas2rlOS реагируют на cycloheximide. Экспрессия Tas2rl05 аллеля в воспринимающей линии на cycloheximide обнаруживает более высокую клеточную чувствительность, чем экспрессия аллеля из nontaster линии (39). Tas2rl05 нокаутные мыши обнаруживают избирательные нарушения нервной и поведенческой реакции на cycloheximide, но не на др. горечи или не горькие вкусовые стимулы (124).

Эти данные предоставляют строгие доказательства, что ген Tas2rlO5 идентичен локусу Cyx и кодирует рецептор связывания cycloheximide, некоторые данные не согласуются с этой гипотезой. Chandrashekar et al. (39) исследовали паттерны линейного распределения Tas2rl05 генотипов и Cyx фенотипов в BXD рекомбинантных инбредных линиях и установили тесное сцепление, но не идеальное совпадение между этими локусами; они объяснили это расхождение неопределённостями описания Cyx фенотипа BXD линий y Lush & Holland (114). Однако, исследования Lush & Holland (114) показали четкую дихотомию паттерна распределения линий BXD. Но что странно, предшественники BXD линий обнаруживают сходную чувствительность к cycloheximide: средний показатель предпочтения к 1 u.M cycloheximide составлял 22% в C57BL/6 инбредной линии и 29% в линии DBA/2. Обе линии предшественников были одинаковы для группы BXD линий, которые сформировали кластер чувствительных линий со средним показателем предпочтения для 1 u.M cycloheximide в 18%, в противоположность группе относительно нечувствительных BXD линий со средним показателем предпочтения в 41% (114). В соответствии с этими данными не было обнаружено различий между C57BL/6 и DBA/2 линиями в brief-access реакции на cycloheximide в недавнем исследовании (29). Кроме того, показатель предпочтения к cycloheximide непрерывно распределяется среди 27 инбредных линий (114), что не позволяет рассматривать их как tasters и nontasters (ощущающи или не ощущающие). Т.о., анализ вариантов последовательностей Tas2rl05 между линиями предполагает, что разделение на tasters (CBA/Ca, BALB/c, C3H/He, and DBA/2) и nontasters (C57BL/6 and 129/Sv) (39) является спорным. Дополнительным ограничением этого анализа является то, что 4 taster линии имеют общую генеалогию (20) и поэтому скорее всего обладают многими общими частями генома в результате идентичности происхождения, а не обязательно из-за настоящих генотип-фенотипических ассоциаций. Эти несоответствия требуют дополнительных исследований. Количественный анализ генотип-фенотипических ассоциаций у генеалогически отличающихся линий (e.g., 137) сможет предоставить убедительные данные.

Ортологи человеческого TAS2R4 и мышиного Tas2r108 отвечают на denatonium и PROP в гетерологических системах (39). Трансгенная экспрессия каждого гена в хемосенсорных нейронах Caenorhabditis clegans влияет на поведенческие реакции червей на denatonium и PROP (44).

Человеческий TAS2R16 отвечает на β-glucopyranosides в системе гетерологической экспрессии (34). Естественно возникшие аллели TAS2R16 людей обладают разной чувствительностью к некоторым β-glucopyranosides in vitro (69, 153). Неизвестно, ассоциируют ли эти аллели также с восприятием у людей β-glucopyranoside горечи. Хотя мыши дикого типа индифферентны к phenyl-beta-D-glucopyranoside, мыши с трансгеном TAS2R16 человека экспрессирующимися в клетках, воспринимающих горькое, под контролем мышиного Tas2rll9 промотора, избегают phenyl-β-D-glucopyranoside в поведенческих тестах. Мыши с человеческим TAS2R16 трансгеном, экспрессируемым клетками, воспринимающими сладкое, находящиеся под контролем мышиного Tas1r2 промотора, предпочитают r phenyl-β-D-glucopyranoside (124). Трансгенная экспрессия человеческого TAS2R16 в хемосенсорных нейронах C. elcgans затрагивает поведенческие реакции чеовей на phenyl-β-D-glucopyranoside (44).

Человеческий ген TAS2R38 был продемонстрирован при позиционном клонировании (88) как ген, идентичный локусу phenylthiocarbamide (PTC) чувствительности горького на хромосоме 7q человека (50). TAS2R38 обнаруживает три широко распространенных missense single nucleotide полиморфизма в результате замен prolineна alanine в аминокислотной позиции 49 (P49A), alanine на valine в позиции 262 (A262V) и valine на isoleucine в позиции 296 (V296I). Эти полиморфизмы дали несколько гаплотипов, наиболее распространенными из них являются PAV (PTC-scnsitive allele) и AVI (PTC-insensitive allele) (88, 173). TAS2R38 генотипы ассоциируют с ощущением человеком PTC и PROP горечей (33, 52, 121, 135). Клетки, гетерологично экспрессирующие чувствительные PAV аллели TAS2R38, отвечают на thioamides (включая PTC и PROP). PTC и PROP реакции клеток, гетерологически экспрессирующих разные аллели TAS2R38 коррелируют с психофизическими реакциями индивидов. несущих эти аллели (33). Хотя мыши дикого типа не обнаруживают сильной lick супрессии в ответ на растворы PTC в brief-access тестах (128),мы ши с taster (PAV) аллелем человека TAS2R3S, трансгенно экспрессируемым в горечь ощущаемых клетках под контролем мышиного Tas2r промотора, обнаруживают сильное отвращение к PTC (124). Хотя PTC nontaster аллель человеческого TAS2R38 (AVT) экспрессируемый во вкусовых луковицах, не отвечает на вкусовые стимулы in vitro (33). Т.к. taster и nontaster аллели TAS2R38 поддерживаются за счет балансирующего отбора (173), то было предположено, что не ощущающий аллель может служить как рецептор для ещё неидентифицированных токсических горьких субстанций, иных чем PTC (87, 173). Аллельные варианты TAS2R38шимпанзе, ортолога человеческого TAS2R38, также ассоциируют с вкусовой чувствительностью к PTC у индивидуальных животных. Ощущающий аллель шимпанзе TAS2R3S реагирует на PTC in vitro (172).

Allelic Variation of T2R Genes and Its Role in Individual Variation in Taste Responses

Humans. Люди отличаются по восприятию горького и некоторые из этих вариаций имеют генетическую компоненту (140). Человеческие TAS2R гены обнаруживают существенное разнообразие кодирующих последовательностей (87, 122, 161, 167), это указывает на то, что TAS2R полиморфизмы могут быть ответственны за генетический компонент различий между индивидами в восприятии горького.

Однако, это взаимоотношение продемонстрировано только для одного гена , TAS2R38. Он располагается на хромосоме 7, с которой обнаружено сцепление для вкусового восприятия PTC и PROP (40, 41, 50, 135, 139). Аллельные варианты TAS2R38 объясняют более 50% фенотипической изменчивости в отношении чувствительности к PTC (88) , а также ассоциируют с восприятием людей PROP горечи (33, 52, 121, 135).

Достоверные или предполагаемые сцепления были также обнаружены между хромосомами 1, 3, 10 и 16 для PTC вкусовой чувствительности (50) и на хромосоме 5 для PROP вкусовой чувствительности (139). Локус чувствительности к PROP на хромосоме 5 человека (139) включает ген TAS2R1, но не др. TAS2R гены. Однако, характерные особенности локуса PROP чувствительности и TAS2R1 гена еще не установлены. Локусы чувствительности PTC на хромосомах 1, 3, 10 и 16 (50) не содержат TAS2R генов. Идентификация генов, соотв. генетическим локусам для чувствительности к горечам и поиск вариантов в TAS2R последовательностях с индивидуальной изменчивостью в восприятии горького вкуса, являются важными областями дальнейших исследований.

Hamsters, rats, and mice. Межлинейные различия в поведенческих реакциях к стимулам горького вкуса были обнаружены у крыс (159) и хомячков (57), но большинство исследований по генетике вкуса проводились на мышах. Линии мышей отличаются поведенческими и нервными реакциями в ответ на стимулы горького вкуса (e.g., 27, 29, 76, 108-112, 114). Некоторые сцепленные генетические локусы на мышиной хромосоме 6, в области кластера TASr2r генов, ответственны за изменчивость в отвращении горького вкуса quinine (Qui), cycloheximide (Cyx), copper glyeinate (Gib) и acetylated sugars, sucrose octaacetate и raffincse un-decaacetate (Soa/Rua) (11, 13, 26, 36, 66, 67, 76, 108, 110, 112, 114, 115, 129, 168). Немногие исследования, проведенные с этой целью, выявили значительную изменчивость последовательность мышиных Tas2r генов (39, 128, 129). Всё это строго указывает на то, что генетическая изменчивость вкусовых реакций на горькие соединения обусловлены полиморфизмами Tas2r генов, как и было предсказано Lush et al. (115). Однако, это взаимоотношение было продемонстрировано только для Tas2r105 гена, соответствующего локусу Cyx locus (39, 124, 128), хотя и с некоторыми несоответствиями (see Ligands section, above). Имеются также доказательства для дополнительных сцеплений реакций на горький вкус у мышей вне области Tas2r (68, 95, 129).

Other Candidate Receptors for Bitter Taste

Помимо активации T2R рецепторных белков, некоторые горькие соединения могут взаимодействовать с ионными каналами на клеточных мембранах или с внутриклеточными мишенями (125, 145, 150). Т.о., эти белки также могут действовать как рецепторы этих соединений.

OTHER TASTE RECEPTORS

Candidate Sour Taste Receptors

Общепринятым является то, что вкусовые рецепторы кислого (H⁺⁺) и соленого (Na⁺) вкуса являются ионными каналами (25, 49). Некоторые кандидаты на роль вкусовых рецепторов кислого (acid) были предположены в последнее время. Одним из таких генов является нейрональныйl (degenerin) amiloride-sensitive cation channel 1 (see ACCN1 sidebar). Он был предположен в качестве вкусового рецептора кислого у крыс (102, 105, 162-164). Однако, этот канал не экспрессируется во вкусовых луковицах мышей (143), а поведенческие (90) и физиологические (143) реакции на стимулы кислого вкуса оказываются неизменными у мышей, лишенных гена Accn1 . HCN1 и HCN4, члены семейства hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated (HCN) каналов (see HCN sidebar), также были заподозрены как рецепторы кислого (156). Однако, Ca²⁺ реакции вкусовых клеток на кислоты не были ингибированы с помощью Csf, ингибитора каналов HCN (141). Передача кислого вкуса использует внутриклеточную ацидификацию TRC (116, 141), это, как ожидается, будет влиять на чувствительные к кислотам ионные каналы. Некоторые с доменом из двух пор калиевые leak conductance каналы из семейства K2P чувствительны к внутриклеточной ацидификации и поэтому были исследованы как канщдидаты на роль передатчиков кислого вкуса. Базируясь на паттерне генной экспрессии и фармакологическом анализе, TASK-1, по-видимому, является наиболее подходящим кандидатом (see TASK-1 sidebar), хотя др. K2P каналы не могут быть исключены (142). Изоформа Na⁺-H⁺-exchanger isoform 1 (NHE-1) (see NHE-1 sidebar) также предположительно участвует в передаче кислого вкуса. исходя из экспрессии гена и фармакологического анализа (165).

Наконец, сравнительно недавние исследования указывают на то, что Pkd1L3 and Pkd2L1 гены (see PKD1L3 and PKD2L1 sidebar) участвуют в восприятии кислого (73, 79, 106). Однако, их роль в поведенческих вкусовых реакциях на кислое ещё не продемонстрирована. Кроме того, возникают некоторые вопросы из более ранних исследований, которые не могут быть решены. Напр., кислоты активируют Pdk2L1 белок in vitro только когда он ко-экспрессируется с coexpressed with Pkd1L3 (79). Кроме того, разрушение клеток, экспрессирующих Pdk2L1, в fungiform сосочках устраняет CT реакции на кислоты (73) несмотря на отсутствие в этих клетках экспрессии Pkd1L3 (73,79). .

Это указывает на существование др., ещё неизвестного партнера по гетеромеризации с Pdk2l1 .

Candidate Salty Taste Receptors

Большое количество исследований подтверждает, что, по крайней мере, у грызунов восприятие вкуса Na⁺ использует избирательно эпителиальный amiloride-sensitive sodium канал, ENaC, который является членом сверхсемейства degenerin/ENaC ионных каналов (for reviews, see 28, 103). У людей имеются 4 субъединицы ENaC канала, α, β, γ и δ. Мыши и крысы лишены субъединицы ENaC δ (85) (see ENaC sidebar). Вариант vanilloid (capsaicin) receptor-1 считается amiloride-нечувствительным рецептором соленого вкусаs у грызунов (117) (see TRPV1 sidebar). Однако, доказательства для ENaC или др. кандидатов на роль рецепторов соленого неубедительны у позвоночных по сравнению с T1R и T2R рецепторами. Строгие доказательства участия генов каналов degenerin/ENaC в реакции на вкус Na⁺ получены для for the ppk11 и ppk19 генов у Drosophila (104).

Taste Detection of Lipids

Превалирующим оросенсорным сигналом для собственно жира является его текстура (119). Жир может быть также определен по присутствию его продуктов его расщепления или примесей (136), которые могут активировать обонятельную и вкусовую системы. Недавние данные показали, что вкус может играть более важную роль в детекции пищевых липидов, чем это считалось ранее. Пищевые липиды состоят в основном из триглицеридов, но липаза языка гидролизует триглицериды и высвобождает жирные кислоты в ротовой полости, где они могут восприниматься с помощью TRCs и влиять на их функцию. Свободные жирные кислоты, как было показано, ингибируют задержанную очистку калиевых каналов в TRCs крыс (63). Кроме того, транспортер жирных кислот CD36 экспрессируется в TRCs и может участвовать в детекции жирных кислот во рту (59, 94, 177) (see CD36 sidebar).

Taste Detection of Complex Carbohydrates

Крысы и некоторые др. виды могут также воспринимать вкус полисахаридов и крахмала, которые качественно отличны от вкуса сахаров (151). Молекулярный механизм вкусового восприятия этих сложных углеводов неизвестен, но имеются доказательства, что в этом не участвуют T1R3 рецепторы (75).

Taste Detection of Water

Потребление воды является критическим для жизнеспособности животных и регулируется с помощью жажды, специализированном желании воды. Это указывает на то. что животные обладают механизмом хемосенсорного определения воды или гипо-осмотических жидкостей. В соответствии с этим вода может вызывать вкусовые реакции (62). Было предположено, что TRCs действуют как осмотические сенсоры и что передача гипо-осмотических стимулов вызывает всасывание воды через aquaporins, что сопровождается активацией volume-regulated анионых каналов (62). Некоторые молекулы аквопоринов экспрессируются в TRC, при этом апикально экспрессируемые AQP5 являются наиболее вероятными кандидатами на роль передачи вкуса воды (62, 64) (see AQP5 sidebar).

Ощущение вкуса воды людьми во многом зависит от состояния адаптации ротовой полости. Адаптация к разным вкусам растворов (и возможно к слюне) влияет на то, как воспринимается вода (18). Вода вызывает строгий сладковатый вкус, когда она оказывается в ротовой полости после воздействия блокаторов сладкого вкуса. Этот феноме был обозначен как "sweet water aftertaste" (51). Это зависимое от адаптации восприятие вкуса воды может использовать центральные механизмы, внутриклеточную адаптацию внутри TRC или взаимодействия на уровне рецепторов. Недавние исследования in vitro с гетерологически экспрессируемыми T1R2 + T1R3 рецепторами продемонстрировали, что послевкусие пресной воды объясняется взаимодействиями на уровне рецепторов. Это исследование подтвердило, что рецепторы сладкого вкуса переключаются с неактивного состояния (если они подвергаются воздействию ингибитора сладкого вкуса) на активное состояние (после полоскания водой), это инициирует события передачи и приводит к восприятию сладости (61).

TASTE RECEPTORS IN NONTASTE TISSUES AND INTERNAL CHEMOSENSATION

Некоторые вещества, определяемые вкусовой системой как вкусовые стимулы, также нуждаются в выявлении внутри тела для гомеостатической регуляции. Существуют интероцептивные механизмы для детекции натрия, pH, glucose и аминокислот в разных внутренних органах, таких как почки, поджелудочная железа, кишечник и головной мозг. Это открывает возможность, что некоторые рецепторы могут служить в качестве вкусовых рецепторов и интерорецепторов. Хотя в некоторых случаях вкус и интерорецепция используют разные механизмы [напр., для детекции глюкозы и натрия в головном мозге (70, 96)], известны примеры использования одних и тех же рецепторных белков двумя системами. Канал Pkd2L1 участвует в определении pH TRC и нейронами в спинном мозге (73). ENaC также может иметь общий механизм для детекции натрия с помощью TRC и др. тканями тела.

Ряд исследований выяснил экспрессию T1R и T2 R генов во вневкусовых тканях. Гены T1R были обнаружены в семенниках (91, 92, 120), головном мозге, тимусе (120), ЖКТ, enteroendocrine клетках (24, 53, 120, 146), почках, лимфоцитах (92), печени и поджелудочной железе (158). Гены T2R были обнаружены в семенниках (118), ЖКТ, enteroendocrine клетках(146,174, 175) и носовом респираторном эпителии (55). Это указывает на то, что вкусовые рецепторы могут участвовать в хемосенсорной функции в этих органах (155).

Эктопическая экспрессия генов обонятельных рецепторов также ставит вопросы о роли, которую они выполняют в необонятельных тканях. Недавний систематический анализ экспресии обонятельных рецепторов в разных тканях подтвердил, что лишь небольшие субнаборы обонятельных рецепторов могут играть функциональную роль в др. тканях, т.к. большинство из них скорее всего находятся под контролем нейтральной транскрипции (54). Сходным образом. с осторожностью следует интерпретировать функцию эктопический экспрессии вкусовых рецепторов пока не будут проведены тщательные исследования.

PRACTICAL APPLICATIONS OF TASTE RECEPTOR STUDIES

Отмечается значительный интерес к новым вкусовым стимулам и модификаторам вкуса у людей и др. животных. У людей область интереса включает производство здоровой пищи и напитков не принося в жертву их приятный вкус и делая оральное медикаментозное лечение более приемлемым для пациентов. Существуют серьезные требования к искусственным сладостям и umami соединениям, усилителям соленого, сладкого и umami вкуса, блокаторам горькго вкуса и фармакоцептическим соединениям с улучшенными вкусовыми свойствами. существуют также требования по улучшению качества вкуса пищи для companion и фермерских животных и для разработки не-летальных репеллентов от диких животных, напр., нетоксических химических соединений с отвратительным вкусом. Разработка таких продуктов затруднена отсутствием знаний о молекулярных качественных особенностях вкусовых рецепторов. Открытие вкусовых рецепторов, характеристика их активных сайтов связана с взаимодействиями с агонистами и антогонистами и с развитием высокопроизводительной техники для скрининга in vitro вкусовых стимулов, может облегчить разработку новых вкусовых соединений.

Аллельная изменчивость вкусовых рецепторов человека может влиять на восприятие пищи, выбор и потребление. Как результат она может влиять на питание и потенциальную предрасположенность индивидов к определенным болезням (e.g., 19). Т.о., некоторые аллели вкусовых рецепторов могут служить факторами риска болезней. Генотипы этих рецепторов могут быть использованы в качестве биологических маркеров для идентификации предрасположенности к некоторым заболеваниям и указывают на пути их предупреждения. Имеются примеры о роли изменчивости вкусовых рецепторов в питании и здоровье людей.

Чувствительные аллели X4S2R38 рецептора человека реагируют на PTC, PROP и родственные соединения, которые содержат thiourea (N - C = S) половинку. Некоторые растения, потребляемые людьми содержат glucosinolates, соединения, которые также содержат thiourea половинку. Недавнее исследование показало, что X4S2R3S генотип влияет на восприятие горечи glucosinolate-содержащих растений, таких как broccoli, репы и хрена (149). Аллельная изменчивость TAS2R3S может быть даже оказывать более распространенные эффекты на выбор пищи, т.к. показано, что она ассоциирует с предпочтительностью к сахарозе и напиткам и пище сладкого вкуса у детей (но не у взрослых) (121).

Изменчивость вкусовых рецепторов может быть биомаркером предрасположенности к алкоголизму. may be a biomarker of predisposition to alcoholism. Этаноловый ароматизатор обладает горькими и сладкими вкусовыми компонентами. Изменчивость чувствительности к горькому и сладкому вкусу ассоциирует в восприимчивостью к этаноловому ароматизатору и потреблению алкогольных напитков (12). У мышей аллельная изменчивость Tas1r3 гену рецептора сладкого вкуса ассоциирует с добровольным потреблением алкоголя (15). Хотя hedonic реакции на сладкий вкус рассматриваются как один из биомаркеров предрасположенности к алкоголизму у людей (84), гены, ответственные за эту ассоциацию, всё ещё неизвестны. Высокая чувствительность к этаноловым горечам м. защитить от избыточного потребления алкоголя. В согласии с этой гипотезой отдельные носители одного или двух чувствительных (PAV) аллелей рецепторного гена PTC, TAS2R3S, обнаруживают более низкое потребление алкогольных напитков, чем индивиды, гомозиготные по нечувствительному аллелю , AVI (52). Сходным образом существует ассоциация между риском алкогольной зависимости и полиморфизмом TAS2R16 (β-glucopyranosides receptor) : родоначальный K172 аллель, которые менее чувствителен к β-glucopyranosides in vitro, ассоциирует с повышенным риском алкогольной зависимости (69).

CONCLUDING REMARKS

Taste receptors function as one of the interfaces between internal and external milieus. Tremendous progress has been achieved in the past tew years with the discovery of the Tl R and T2R receptors and the understanding of their function. Individual differences in taste, at least in some cases, can be attributed to allelic variants of the taste receptor genes. Understanding how taste receptors interact with taste stimuli and identifying their patterns of expression in taste cells shed light on coding of taste information by the nervous system.

However, many challenging tasks remain before we fully understand how taste works. Much ot this important future research must be done with taste receptor genes. The important questions to be addressed include finding genes that encode a complete repertoire of taste receptors for different taste qualities, as well as genes that encode proteins involved in taste transduction and transmission, taste bud cell turnover, and connectivity between taste cells and afferent nerves. Studies of allelic variation of taste receptors will help to elucidate individual differences in taste perception, food choice, nutrition, and health, and to understand functional organization of receptor domains and their ligand specificities.

Taste Receptor Genes Alexander A. Bachmanov and Gary K. Beauchamp Annu. Rev. Nutr. 2007.27:389-414

Taste Receptor Genes
Alexander A. Bachmanov and Gary K. Beauchamp
Annu. Rev. Nutr. 2007.27:389-414