Густдуцин — это G-белок, связанный со вкусом и вкусовой системой , обнаруженный в некоторых клетках вкусовых рецепторов . Исследования по открытию и выделению густдуцина были проведены недавно. Известно, что он играет большую роль в передаче горьких, сладких и умами стимулов. Его пути (особенно для обнаружения горьких стимулов) многочисленны и разнообразны.
Интересной особенностью густдуцина является его сходство с трансдуцином . Было показано, что эти два G-белка структурно и функционально схожи, что привело исследователей к мысли, что чувство вкуса развивалось аналогично зрению .
Густдуцин — гетеротримерный белок, состоящий из продуктов GNAT3 (α-субъединица), GNB1 (β-субъединица) и GNG13 (γ-субъединица).
Густдуцин был открыт в 1992 году, когда были синтезированы вырожденные олигонуклеотидные праймеры и смешаны с библиотекой ДНК вкусовой ткани . Продукты ДНК были амплифицированы методом полимеразной цепной реакции , и было показано, что восемь положительных клонов кодируют α-субъединицы G-белков (которые взаимодействуют с рецепторами, сопряженными с G-белком ). Из этих восьми два, как было ранее показано, кодируют α- трансдуцин палочек и колбочек . Восьмой клон, α-густдуцин, был уникальным для вкусовой ткани. [1]
При анализе аминокислотной последовательности α-густдуцина было обнаружено, что α-густдуцины и α-трансдуцины тесно связаны. Эта работа показала, что белковая последовательность α-густдуцина на 80% идентична как палочковому, так и колбочковому α-трансдуцину. Несмотря на структурное сходство, эти два белка имеют совершенно разные функции.
Однако эти два белка имеют схожий механизм и возможности. Трансдуцин снимает ингибирование с цГМФ- фосфодиэстеразы , что приводит к распаду цГМФ. Аналогично, α-густдуцин связывает ингибирующие субъединицы цАМФ- фосфодиэстеразы вкусовых клеток, что вызывает снижение уровня цАМФ. Кроме того, конечные 38 аминокислот α-густдуцина и α-трансдуцина идентичны. Это говорит о том, что густдуцин может взаимодействовать с опсином и опсин-подобными G-сопряженными рецепторами. И наоборот, это также говорит о том, что трансдуцин может взаимодействовать с вкусовыми рецепторами .
Структурное сходство между густдуцином и трансдуцином настолько велико, что сравнение с трансдуцином было использовано для предложения модели роли и функциональности густдуцина в передаче вкуса. [ необходима ссылка ]
В TRC были идентифицированы другие α-субъединицы G-белка (например, Gαi-2, Gαi-3, Gα14, Gα15, Gαq, Gαs), функция которых пока не определена. [2]
Хотя было известно, что густдуцин экспрессируется в некоторых клетках вкусовых рецепторов (TRC), исследования на крысах показали, что густдуцин также присутствует в ограниченном подмножестве клеток, выстилающих желудок и кишечник. Эти клетки, по-видимому, разделяют несколько особенностей TRC. Другое исследование с людьми выявило два иммунореактивных паттерна для α-густдуцина в человеческих циркумваллатных и листовидных вкусовых клетках: плазмалеммальный и цитозольный . Эти два исследования показали, что густдуцин распределяется через вкусовую ткань и некоторые ткани желудка и кишечника , и густдуцин представлен либо в цитоплазме, либо в апикальных мембранах на поверхностях TRC.
Исследования показали, что стимулируемые горьким вкусом вкусовые рецепторы типа 2 (T2R/TRB) обнаруживаются только в клетках вкусовых рецепторов, положительных по экспрессии густдуцина. α-Густдуцин селективно экспрессируется в ~25–30% TRC [2]
Из-за структурного сходства с трансдуцином было предсказано, что густдуцин активирует фосфодиэстеразу (ФДЭ). Фосфодиэтеразы были обнаружены во вкусовых тканях, и их активация была протестирована in vitro как с густдуцином, так и с трансдуцином. Этот эксперимент показал, что трансдуцин и густдуцин оба были экспрессированы во вкусовой ткани (соотношение 1:25) и что оба G-белка способны активировать ретинальную ФДЭ. Кроме того, когда они присутствуют с денатониумом и хинином, оба G-белка могут активировать вкусовые специфичные ФДЭ. Это показало, что и густдуцин, и трансдуцин важны в передаче сигнала денатониума и хинина.
Исследование 1992 года также изучало роль густдуцина в восприятии горького вкуса с использованием мышей с «нокаутом», у которых отсутствовал ген α-густдуцина. Тест на вкус с нокаутом и контрольными мышами показал, что нокаутированные мыши в большинстве случаев не проявляли предпочтения между горькой и обычной пищей. Когда ген α-густдуцина был повторно вставлен мышам с нокаутом , первоначальная вкусовая способность вернулась.
Однако потеря гена α-густдуцина не полностью лишила мышей с нокаутом способности ощущать горькую пищу, что указывает на то, что α-густдуцин — не единственный механизм ощущения горькой пищи. В то время считалось, что альтернативный механизм обнаружения горького вкуса может быть связан с субъединицей βγ густдуцина. Эта теория была позже подтверждена, когда было обнаружено, что как периферические, так и центральные вкусовые нейроны обычно реагируют на более чем один тип вкусовых стимуляторов, хотя нейрон обычно отдает предпочтение одному конкретному стимулятору перед другими. Это говорит о том, что, в то время как многие нейроны отдают предпочтение горьким вкусовым стимулам, нейроны, которые отдают предпочтение другим стимулам, таким как сладкий и умами, могут быть способны обнаруживать горькие стимулы при отсутствии рецепторов горьких стимуляторов, как и у мышей с нокаутом. [ необходима цитата ]
До недавнего времени природа густдуцина и его вторичных мессенджеров была неясна. Однако было ясно, что густдуцин трансдуцирует внутриклеточные сигналы. Шпильман был одним из первых, кто изучал скорость восприятия вкуса, используя технику гасящего потока. Когда вкусовые клетки подвергались воздействию горьких стимуляторов денатония и октаацетата сахарозы, внутриклеточная реакция — временное увеличение IP 3 — происходила в течение 50–100 миллисекунд стимуляции. Это не было неожиданностью, поскольку было известно, что трансдуцин способен посылать сигналы в палочковидные и колбочковые клетки с одинаковой скоростью. Это указывало на то, что IP 3 был одним из вторичных мессенджеров, используемых в трансдукции горького вкуса. Позже было обнаружено, что цАМФ также вызывает приток катионов во время трансдукции горького и некоторого сладкого вкуса, что привело к выводу, что он также действовал как вторичный мессенджер для густдуцина. [ необходима цитата ]
Когда стимулированные горьким вкусом рецепторы T2R/TRB активируют гетеротримеры густдуцина, густдуцин действует как посредник двух реакций в клетках вкусовых рецепторов : снижение цАМФ, вызванное α-густдуцином, и повышение IP 3 ( инозитолтрифосфат ) и диацилглицерина (ДАГ) от βγ-густдуцина. [2]
Хотя следующие этапы пути α-густдуцина не подтверждены, предполагается, что снижение цАМФ может действовать на протеинкиназы, которые регулируют активность ионных каналов клеток вкусовых рецепторов. Также возможно, что уровни цНМП напрямую регулируют активность каналов, управляемых цНМП, и ионных каналов, ингибируемых цНМП , экспрессируемых в клетках вкусовых рецепторов. Путь βγ-густдуцина продолжается с активацией рецепторов IP 3 и высвобождением Ca 2+ с последующим высвобождением нейротрансмиттера . [ необходима цитата ]
Модели передачи сигналов горького вкуса Было предложено несколько моделей механизмов передачи сигналов горького вкуса.
Считается [ кем? ] , что эти пять различных механизмов развились как защитные механизмы. Это означало бы, что существует множество различных ядовитых или вредных горьких веществ, и эти пять механизмов существуют для того, чтобы не дать людям есть или пить их. Также возможно, что некоторые механизмы могут действовать как резервные, если основной механизм выходит из строя. Одним из примеров этого может быть хинин, который, как было показано, как ингибирует, так и активирует ФДЭ во вкусовой ткани быка.
В настоящее время предложены две модели для трансдукции сладкого вкуса. Первый путь — это путь GPCRG s -cAMP. Этот путь начинается с того, что сахароза и другие сахара активируют G s внутри клетки через связанный с мембраной GPCR. Активированный G as активирует аденилатциклазу для генерации cAMP. С этого момента можно выбрать один из двух путей. cAMP может действовать напрямую, вызывая приток катионов через cAMP-зависимые каналы, или cAMP может активировать протеинкиназу A , которая вызывает фосфорилирование каналов K+, тем самым закрывая каналы, что позволяет деполяризовать вкусовую клетку, последующее открытие потенциалзависимых каналов Ca 2+ и вызывая высвобождение нейротрансмиттера [ требуется ссылка ] .
Второй путь — это путь GPCR-G q /Gβγ-IP 3 , который используется с искусственными подсластителями. Искусственные подсластители связывают и активируют GPCR, сопряженные с PLCβ 2 либо α-G q , либо Gβγ. Активированные субъединицы активируют PLCβ 2 для генерации IP 3 и DAG. IP 3 и DAG вызывают высвобождение Ca 2+ из эндоплазматического ретикулума и вызывают клеточную деполяризацию. Приток Ca 2+ запускает высвобождение нейротрансмиттера. Хотя эти два пути сосуществуют в одних и тех же TRC, неясно, как рецепторы избирательно опосредуют ответы цАМФ на сахара и ответы IP 3 на искусственные подсластители [ необходима цитата ] .
Из пяти основных вкусов три ( сладкий , горький и умами ) опосредуются рецепторами из семейства рецепторов, сопряженных с G-белком. Рецепторы горького вкуса млекопитающих (T2R) кодируются семейством генов, состоящим всего из нескольких десятков членов. Считается, что рецепторы горького вкуса развились как механизм, позволяющий избегать приема ядовитых и вредных веществ. Если это так, можно было бы ожидать, что у разных видов разовьются разные рецепторы горького вкуса в зависимости от диетических и географических ограничений. За исключением T2R1 (который находится на хромосоме 5 ), все гены рецепторов горького вкуса человека можно найти сгруппированными на хромосоме 7 и хромосоме 12. Анализ взаимосвязей между генами рецепторов горького вкуса показывает, что гены на одной хромосоме более тесно связаны друг с другом, чем гены на разных хромосомах. Более того, гены на хромосоме 12 имеют большее сходство последовательностей, чем гены, обнаруженные на хромосоме 7. Это указывает на то, что эти гены эволюционировали посредством тандемных дупликаций генов и что хромосома 12, в результате большего сходства последовательностей между ее генами, прошла через эти тандемные дупликации позже, чем гены на хромосоме 7.
Недавняя работа Энрике Розенгурта пролила свет на присутствие густдуцина в желудке и желудочно-кишечном тракте. [3] Его работа предполагает, что густдуцин присутствует в этих областях в качестве защитного механизма. Широко известно, что некоторые лекарства и токсины могут причинить вред и даже быть смертельными при попадании внутрь. Уже была выдвинута теория о том, что существует несколько путей восприятия горького вкуса, которые предотвращают попадание вредных веществ в организм, но человек может решить игнорировать вкус вещества. Ронзегурт предполагает, что присутствие густдуцина в эпителиальных клетках желудка и желудочно-кишечного тракта указывает на другую линию защиты от попадания внутрь токсинов. В то время как вкусовые клетки во рту предназначены для того, чтобы заставить человека выплюнуть токсин, эти желудочные клетки могут действовать, чтобы заставить человека выплюнуть токсины в виде рвоты .
