БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2009, том 35, № 1, с. 5-14
ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ
УДК 577.354.3
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ ВКУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ
© 2009 г. Д. А. Гиляров, Т. А. Сахарова, А. А. Буздин#
Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997 ГСП, Москва, В-437, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 Поступила в редакцию 31.10.2007 г. Принята к печати 03.03.2008 г.
Способность к дифференцированному распознаванию питательной и ядовитой пищи, по-видимому, присуща всем представителям высших эукариот. Наилучшим образом молекулярные механизмы передачи вкусовой информации исследованы у млекопитающих и мух рода Вго8орНйа. В обзоре рассматриваются рецепторные механизмы и сопряженные первичные сигнальные процессы, лежащие в основе возбуждения вкусовых рецепторных клеток стимулами различной вкусовой модальности.
Ключевые слова: вкусовые рецепторы, ассоциированные с О-белками рецепторы, вкусовые рецепторные клетки, ионные каналы.
Способность к распознаванию питательной, полезной и ядовитой пищи необходима для успешной жизнедеятельности всех организмов. При этом распознавание вкуса играет определяющую роль в избирательном поедании или избегании пищи. Как правило, для млекопитающих питательные вещества, например, сахара и аминокислоты, имеют сладкий вкус, тогда как ядовитые - горький. Распознавание веществ, имеющих тот или иной вкус, осуществляется при помощи специализированных мембранных белков-рецепторов. Удивительно, что один и тот же рецептор способен связываться с десятками и сотнями значительно различающихся по химическому строению веществ, обладающих в силу этого одним и тем же вкусом. Например, согласно современным данным, всего один рецептор отвечает за восприятие всех сладких соединений, другой - за восприятие всех аминокислот. Число горьких веществ, с которыми может столкнуться организм, потенциально неограниченно, поэтому "горькие" рецепторы наиболее разнообразны. Ощущения же кислого и соленого, по-видимому, воспринимаются непосредственно с
Сокращения: ASIC - протончувствительный ионный канал (acid-sensing ion channel); RASSL - рецептор, активирующийся только искусственными лигандами (receptor activated solely by synthetic ligands); ENaC - эпителиальный натриевый канал (epithelium Na+ channel); GPCR - рецепторы, ассоциированные с G-белками (G-protein coupled receptors); PKD2L - ген полицистита почки (polycystic kidney disease 2-like gene); PLCP2 - фос-фолипаза С P2 (phospholipase C P2); T1R - вкусовой рецептор, тип 1 (taste receptor, type 1); T2R - вкусовой рецептор, тип 2 (taste receptor, type 2); TRPM - потенциальный рецептор семейства меластатина (transient receptor potential Melastatine family); TRPV - потенциальный рецептор ваниллоидного типа (transient receptor potential vanilloid type); VR-1 - ваниллоид-ный рецептор (vanilloid receptor-1); BPK - вкусовые рецепторные клетки.
# Автор для связи (тел.: (495) 330-65-74; тел./факс: (495) 330-6538; эл. почта: anton@humgen.siobc.ras.ru).
помощью соответствующих ионных каналов или транспортеров.
ОБЩЕЕ СТРОЕНИЕ ВКУСОВОЙ РЕЦЕПТОРНОЙ СИСТЕМЫ У МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Клетки, воспринимающие вкусовые раздражения (вкусовые рецепторные клетки, ВРК), у млекопитающих расположены во вкусовых почках на поверхности языка и некоторых зон нёба. Вкусовая почка представляет собой группу из 50-150 рецепторных и опорных клеток, выстроенных подобно долькам апельсина, и окруженную эпителиальными клетками. Апикальные части клеток соединены плотными контактами и выступают в открытую наружу вкусовую пору. Эпителий языка образует три типа сосочков, содержащих вкусовые почки. Окаймленные сосочки, окруженные валиком, находятся у основания языка и содержат (у человека) тысячи вкусовых почек. Листовидные сосочки располагаются на боковых поверхностях и содержат от нескольких десятков до сотен почек. Самые мелкие грибовидные сосочки содержат одну или несколько почек и покрывают примерно 2/3 передней поверхности языка. Различные виды сосочков по-разному отвечают на вкусовые раздражители: так, окаймленные сосочки наиболее чувствительны к веществам, имеющим горький вкус, листовидные -к горьким и кислым, грибовидные - к сладким и соленым веществам [1]. Вкусовые почки, расположенные на нёбе, наиболее чувствительны к сладкому.
Вкусовые рецепторные клетки, в отличие от обонятельных, являются вторичными рецепторны-ми клетками и образуют синапсы с афферентными нервными волокнами, входящими в состав VII и IX пары черепно-мозговых нервов. В ответ на деполя-
ризацию они выбрасывают медиатор, действующий на дендритные окончания афферентов. Волокна сенсорных нервов входят в базальную пластинку вкусовой почки и достигают рецепторных клеток. Поскольку происходит постоянная замена выходящих из строя клеток вкусовых почек, окончания нервных волокон находятся в процессе непрерывного поиска новых синаптических контактов. Новые вкусовые сенсорные клетки связываются с афферентными волокнами, не изменяя их специфичность, то есть ВРК, обладающая конкретным набором рецепторов, образует синаптический контакт со строго определенным чувствительным нервным волокном [2]. Каждая ВРК обладает специальным набором рецепторов и воспринимает строго определенный вид вкусовых ощущений, в то время как каждая вкусовая почка содержит все или несколько видов ВРК [3].
РЕЦЕПТОРЫ СЛАДКИХ ВЕЩЕСТВ
В 1999-2001 гг. была открыта новая группа рецепторов, ассоциированных с G-белками (GPCR), предположительно участвующих в распознавании сладкого вкуса. Эта группа, состоящая из трех рецепторов, была названа T1R. Они принадлежат к подклассу GPCR С, куда также входят рецептор кальция CaSR, рецепторы феромонов V2R и мета-ботропный рецептор глутамата mGluR. Все эти белки обладают очень длинным ^-концевым доменом, предположительно отвечающим за узнавание и связывание лиганда. Белки группы T1R на 30-40% гомологичны между собой и обладают характерными признаками GPCR: серией консервативных остатков цистеина в ^-концевой части цепи, семью трансмембранными доменами и рядом других коротких консервативных участков [1]. Кодирующие их гены расположены в одном районе хромосомы 4 мыши (хромосомы 1 у человека).
Представители T1R экспрессируются в отдельных популяциях ВРК грызунов и человека. Были обнаружены клетки, коэкспрессирующие белки T1R1 и T1R3, T1R2 и T1R3, а также клетки, экспрес-сирующие только T1R3 [4]. Было показано, что эти клетки участвуют в распознавании сладкого вкуса и вкуса "умами" (вкуса L-глутамата) (см. ниже).
Ген T1R3 был картирован на 4-й хромосоме мыши в районе локуса Sac, определяющего способность различных линий мышей чувствовать вкус сахарозы, сахарина и других сладких веществ; оказалось, что "чувствительные" и "нечувствительные" к сладкому линии мышей несут разные аллели T1 R3 [5-8]. Также было показано, что "нечувствительные" к сладкому мыши приобретают нормальную чувствительность при трансгенном введении T1R3 [4]. В дальнейшем были обнаружены три полиморфизма T1R3, определяющих разницу между аллелями, "чувствительными" и "нечувствительными" к сладкому [4-6, 9].
В системах гетерологичной экспрессии в клетках линии HEK-293 были получены данные, что белки T1R2 и T1R3 образуют гетеродимер, узнающий все известные сладкие вещества - природные сахара, сахарозаменители, сладкие пептиды и D-аминокислоты [4, 10]. Решающие доказательства того, что гетеродимер T1R2/T1R3 действительно является молекулярным рецептором сладкого у млекопитающих in vivo, были получены в работе Жао и др. в 2003 г. [11]. Исследователи создали линии нокаутных мышей с делециями по генам T1R2 и T1R3, каждая из которых оказалась в значительной мере лишенной возможности чувствовать сладкий вкус (слабый ответ возникал только на высокие концентрации природных сахаров, но не заменителей). Двойные мутанты T1R2/T1R3, по данным как электрофизиологических, так и поведенческих экспериментов, были полностью лишены способности чувствовать сладкий вкус. Были созданы линии мышей, несущие ген человеческого рецептора T1R2. Такие мыши распознавали вкус некоторых сладких веществ, вкус которых обычные мыши не способны ощущать. Клетки, экспрессирующие только ген T1R3, по всей видимости, являются дополнительными низкоаффинными сенсорами сахаров. Наличие таких клеток может объяснять причину того, что искусственные заменители сахара никогда не ощущаются настолько сладкими, как некоторые природные углеводы в высоких концентрациях [4, 11].
Любопытно, что все представители семейства кошачьих лишены возможности чувствовать сладкий вкус. Они несут в геноме делецию, затрагивающую ген T1R2, и не способны образовывать функциональный сладкий рецептор [12]. Согласно данным Ксю и др., рецептор сладкого - первый известный представитель GPCR, имеющий несколько сайтов для связывания агониста (например, подсластители аспартам и неотам связываются с ^-концевым доменом T1R2, в то время как цикламат связывается с трансмембранным доменом T1R3 [13]).
РЕЦЕПТОРЫ ВЕЩЕСТВ, ОБЛАДАЮЩИХ ВКУСОМ "УМАМИ"
Umami (от яп. umai - приятный) - это название специфического вкусового ощущения, которое вызывают некоторые виды японской пищи, например, водорослей Laminaria japónica. В 1909 г. было обнаружено, что компонентом, определяющим этот вкус, воспринимаемый как приятный (сладковатый), является глутамат [14]. У человека такой характерный вкус вызывают всего два вещества: L-глутамат натрия и L-аспартат, в то время как для других млекопитающих большое число L-амино-кислот обладает привлекательным вкусом. Интересно, что и в том и в другом случае вкусовое ощущение во много раз усиливается пуриновыми моно-нуклеотидами, например IMP или GMP [15].
Изучение специфичности рецепторов в гетеро-логичной системе (экспрессия в клетках линии HEK293) показало, что гетеродимер белков T1R1/T1R3 мыши функционирует как сенсор разнообразных L-аминокислот, причем IMP многократно усиливал ответ T1R1 + 77ЛЗ-котрансфицированных клеток на L-аминокислоты [16]. В то же время клетки, трансфицированные генами T1R1, T1R3 или T1R2 + T1R3, не давали ответа на L-аминокислоты. В дальнейшем было показано, что человеческие белки T1R1 и T1R3 также
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.