Густдучин
| Белок, связывающий гуаниновые нуклеотиды, альфа-трансдуцирующий 3 | |||
|---|---|---|---|
 Локализация G14 и G-густдуцина во вкусовых клетках II типа. TrpM5 представляет собой катионный канал суперсемейства TRP, который высоко экспрессируется во вкусовых сосочках языка. В желобчатых и лиственных вкусовых сосочках трансгенных мышей, экспрессирующих TrpM5-GFP (зеленый), две альфа-субъединицы G-белка, G14 (красный) и G-густдуцин (синий), существуют в популяции вкусовых клеток типа II, которые экспрессируют TrpM5. Красное окрашивание G14, присутствующее в чувствительных к сладкому вкусу клетках, очерчивает реактивные клетки, показывая, что они связаны с мембраной. | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | ГНАТ3 | ||
| ген NCBI | 346562 | ||
| HGNC | 22800 | ||
| МОЙ БОГ | 139395 | ||
| RefSeq | XM_294370 | ||
| ЮниПрот | A4D1B2 | ||
| Другие данные | |||
| Локус | Хр. 7 кв21.11 | ||
| |||
| Белок, связывающий гуаниновые нуклеотиды (G-белок), бета-полипептид 1 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | ГНБ1 | ||
| ген NCBI | 2782 | ||
| HGNC | 4396 | ||
| МОЙ БОГ | 139380 | ||
| RefSeq | НМ_002074 | ||
| ЮниПрот | P62873 | ||
| Другие данные | |||
| Локус | Хр. 1 п36.33 | ||
| |||
| Белок, связывающий гуаниновые нуклеотиды (белок G), гамма 13 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | ГНГ13 | ||
| ген NCBI | 51764 | ||
| HGNC | 14131 | ||
| МОЙ БОГ | 607298 | ||
| RefSeq | НМ_016541 | ||
| ЮниПрот | Q9P2W3 | ||
| Другие данные | |||
| Локус | Хр. 16 п13.3 | ||
| |||
Густдуцин — это G-белок, связанный со вкусом и вкусовой системой , обнаруженный в некоторых вкусовых рецепторов клетках . Исследования по открытию и выделению густдуцина начались недавно. Известно, что он играет большую роль в передаче горьких, сладких и умами стимулов. Его пути (особенно для обнаружения горьких стимулов) многочисленны и разнообразны.
Интригующей особенностью густдуцина является его сходство с трансдуцином . Было показано, что эти два G-белка структурно и функционально схожи, что побудило исследователей полагать, что чувство вкуса развивалось аналогично чувству зрения .
Густдуцин представляет собой гетеротримерный белок, состоящий из продуктов GNAT3 (α-субъединица), GNB1 (β-субъединица) и GNG13 (γ-субъединица).
Открытие
[ редактировать ]Густдуцин был открыт в 1992 году, когда вырожденные олигонуклеотидные праймеры были синтезированы и смешаны с библиотекой кДНК вкусовых тканей . Продукты ДНК были амплифицированы методом полимеразной цепной реакции , и было показано, что восемь положительных клонов кодируют α-субъединицы G-белков (которые взаимодействуют с рецепторами, связанными с G-белками ). Ранее было показано, что из этих восьми два кодируют палочки и колбочки α- трансдуцин . Восьмой клон, α-густдуцин, был уникальным для вкусовой ткани. [1]
Сравнение с трансдуцином
[ редактировать ]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 альфа-трансдуцину палочки и колбочки. Несмотря на структурное сходство, эти два белка имеют очень разные функциональные возможности.
Однако эти два белка имеют схожий механизм и возможности. Трансдуцин снимает ингибирование цГМФ- фосфодиэстеразы , что приводит к распаду цГМФ. Аналогичным образом, α-густдуцин связывает ингибирующие субъединицы фосфодиэстеразы цАМФ вкусовых клеток , что вызывает снижение уровня цАМФ. Кроме того, концевые 38 аминокислот α-густдуцина и α-трансдуцина идентичны. Это говорит о том, что густдуцин может взаимодействовать с опсином и опсиноподобными G-связанными рецепторами. И наоборот, это также предполагает, что трансдуцин может взаимодействовать с вкусовыми рецепторами .
Структурное сходство между густдуцином и трансдуцином настолько велико, что сравнение с трансдуцином было использовано, чтобы предложить модель роли и функциональности густдуцина в передаче вкуса. [ нужна ссылка ]
Другие α-субъединицы G-белка были идентифицированы в TRC (например, Gαi-2, Gαi-3, Gα14, Gα15, Gαq, Gαs) с функцией, которая еще не определена. [2]
Расположение
[ редактировать ]Хотя 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, имеют некоторые общие черты с TRC. Другое исследование на людях выявило два типа иммунореактивности альфа-густдуцина в околоаваллатных и лиственных вкусовых клетках человека: плазмалеммальном и цитозольном . Эти два исследования показали, что густдуцин распространяется через вкусовые ткани и некоторые ткани желудка и кишечника , а густдуцин представлен либо в цитоплазме, либо в апикальных мембранах на поверхности TRC.
Исследования показали, что стимулируемые горечью вкусовые рецепторы 2-го типа (T2R/TRB) обнаруживаются только в клетках вкусовых рецепторов, позитивных по экспрессии густдуцина. α-Густдуцин избирательно экспрессируется примерно в 25–30% TRC. [2]
Эволюция модели передачи сигналов, опосредованной густдуцином
[ редактировать ]Было предсказано, что из-за структурного сходства с трансдуцином густдуцин активирует фосфодиэстеразу (ФДЭ). Фосфодиэтазы были обнаружены во вкусовых тканях, и их активацию тестировали in vitro как с густдуцином, так и с трансдуцином. Этот эксперимент показал, что трансдуцин и густдуцин экспрессируются во вкусовых тканях (соотношение 1:25) и что оба G-белка способны активировать ФДЭ сетчатки . Кроме того, в присутствии денатониума и хинина оба G-белка могут активировать ФДЭ, специфичные для вкуса. Это указывает на то, что как густдуцин, так и трансдуцин важны для передачи сигнала денатониума и хинина.
В исследовании 1992 года также изучалась роль густдуцина в восприятии горького вкуса с использованием «нокаутных» мышей, у которых отсутствует ген α-густдуцина. Тест на вкус с нокаутными и контрольными мышами показал, что нокаутные мыши в большинстве случаев не проявляли предпочтения между горькой и обычной пищей. Когда ген α-густдуцина был повторно вставлен нокаутным мышам , первоначальная вкусовая способность вернулась.
Однако потеря гена α-густдуцина не полностью устранила способность нокаутных мышей ощущать вкус горькой пищи, что указывает на то, что α-густдуцин не является единственным механизмом вкуса горькой пищи. В то время считалось, что альтернативный механизм обнаружения горького вкуса может быть связан с субъединицей βγ густдуцина. Позднее эта теория была подтверждена, когда было обнаружено, что как периферические, так и центральные вкусовые нейроны обычно реагируют на более чем один тип вкусового стимулятора, хотя нейрон обычно предпочитает один конкретный стимулятор другим. Это говорит о том, что, хотя многие нейроны отдают предпочтение стимулам горького вкуса, нейроны, которые отдают предпочтение другим стимулам, таким как сладкий и умами, могут быть способны обнаруживать горькие стимулы в отсутствие рецепторов горьких стимуляторов, как в случае с нокаутными мышами. [ нужна ссылка ]
Секундные мессенджеры IP 3 и cAMP
[ редактировать ]До недавнего времени природа густдуцина и его вторичных мессенджеров была неясна. Однако было ясно, что густдуцин преобразует внутриклеточные сигналы. Спилман был одним из первых, кто изучил скорость восприятия вкуса, используя технику закаленного потока. Когда вкусовые клетки подвергались воздействию горьких стимуляторов денатониума и октаацетата сахарозы, внутриклеточный ответ - временное повышение IP 3 - возникал в течение 50-100 миллисекунд после стимуляции. Это не было неожиданностью, поскольку было известно, что трансдуцин способен посылать сигналы внутри палочек и колбочек с одинаковой скоростью. Это указывало на то, что IP 3 был одним из вторичных мессенджеров, используемых при передаче горького вкуса. Позже было обнаружено, что цАМФ также вызывает приток катионов во время передачи горького и частично сладкого вкуса, что привело к выводу, что он также действует как вторичный посредник для густдуцина. [ нужна ссылка ]
Горькая трансдукция
[ редактировать ]Когда стимулированные горьким вкусом рецепторы T2R/TRB активируют гетеротримеры густдуцина, густдуцин опосредует два ответа в клетках вкусовых рецепторов : снижение уровня цАМФ, вызванное α-густдуцином, и повышение уровня IP 3 ( инозитолтрифосфата ) и диацилглицерина (DAG) из βγ. -густдуцин. [2]
Хотя следующие этапы пути α-густдуцина не подтверждены, предполагается, что снижение уровня цАМФ может действовать на протеинкиназы, которые регулируют активность ионных каналов клеток вкусовых рецепторов. Также возможно, что уровни cNMP напрямую регулируют активность cNMP-управляемых каналов и cNMP-ингибируемых ионных каналов, экспрессируемых в клетках вкусовых рецепторов. Путь βγ-густдуцина продолжается с активацией рецепторов IP 3 и высвобождением Ca. 2+ с последующим высвобождением нейромедиатора . [ нужна ссылка ]
Модели трансдукции горького вкуса Было предложено несколько моделей механизмов передачи сигналов горького вкуса.
- Рецепторы клеточной поверхности. Эксперименты с зажимом пластыря показали, что горькие соединения, такие как денатониум и октаацетат сахарозы, действуют непосредственно на определенные рецепторы клеточной поверхности. [ нужна ссылка ]
- Прямая активация G-белков. некоторые горькие стимуляторы, такие как хинин, Было показано, что напрямую активируют G-белки. Хотя эти механизмы были идентифицированы, [ кем? ] физиологическая значимость этого механизма еще не установлена.
- Активация PDE: было показано, что другие горькие соединения, такие как тиоацетамид и пропилтиоурацил, [ кем? ] оказывать стимулирующее воздействие на ФДЭ. Этот механизм был обнаружен в эпителии бычьего языка, содержащем грибовидные сосочки.
- Ингибирование ФДЭ: были показаны другие горькие соединения. [ кем? ] ингибировать ФДЭ. Было показано, что бацитрацин и гидрохлорид ингибируют ФДЭ во вкусовых тканях крупного рогатого скота.
- Блокировка каналов: эксперименты с зажимом пластырей показали, что несколько горьких ионов действуют непосредственно на калиевые каналы, блокируя их. Это предполагает, что калиевые каналы будут расположены в апикальной области вкусовых клеток. Хотя эта теория кажется [ кем? ] Действительно, он был идентифицирован только во вкусовых клетках грязных щенков .
Это мысль [ кем? ] что эти пять разнообразных механизмов развились как защитные механизмы. Это будет означать, что существует множество различных ядовитых или вредных горьких агентов, и существуют эти пять механизмов, которые не позволяют людям есть или пить их. Также возможно, что некоторые механизмы могут выступать в качестве резервных копий в случае сбоя основного механизма. Одним из примеров может быть хинин, который, как было показано, одновременно ингибирует и активирует ФДЭ во вкусовых тканях крупного рогатого скота.
Сладкая трансдукция
[ редактировать ]В настоящее время предложены две модели преобразования сладкого вкуса. Первый путь представляет собой путь GPCRG s -цАМФ. Этот путь начинается с того, что сахароза и другие сахара активируют G внутри клетки через мембраносвязанный GPCR. Активированный G as активирует аденилатциклазу с образованием цАМФ. С этой точки зрения можно выбрать один из двух путей. цАМФ может действовать непосредственно, вызывая приток катионов через цАМФ-управляемые каналы, или цАМФ может активировать протеинкиназу А , которая вызывает фосфорилирование К+-каналов, тем самым закрывая каналы, обеспечивая деполяризацию вкусовой клетки и последующее открытие потенциал-зависимых клеток . Калифорния 2+ каналы и вызывая высвобождение нейромедиаторов [ нужна ссылка ] .
Второй путь — это путь GPCR-Gq / Gβγ-IP3 , который используется с искусственными подсластителями. Искусственные подсластители связывают и активируют GPCR, связанные с PLCβ 2 либо с помощью α-G q, либо с помощью Gβγ. Активированные субъединицы активируют PLCβ 2 для генерации IP 3 и DAG. IP 3 и DAG вызывают Ca 2+ высвобождаются из эндоплазматической сети и вызывают деполяризацию клеток. Приток Ca 2+ запускает высвобождение нейромедиаторов. Хотя эти два пути сосуществуют в одних и тех же TRC, неясно, как рецепторы избирательно опосредуют реакцию цАМФ на сахар и реакцию IP3 на искусственные подсластители. [ нужна ссылка ] .
Эволюция рецепторов горького вкуса
[ редактировать ]Из пяти основных вкусов три ( сладкий , горький и умами ) опосредуются рецепторами из семейства рецепторов, связанных с G-белком. Рецепторы горького вкуса млекопитающих (T2R) кодируются семейством генов, насчитывающим всего несколько десятков членов. Считается, что рецепторы горького вкуса возникли как механизм, позволяющий избежать проглатывания ядовитых и вредных веществ. Если это так, можно было бы ожидать, что разные виды разовьют разные рецепторы горького вкуса в зависимости от диетических и географических ограничений. За исключением T2R1 (который расположен на хромосоме 5 ), все гены рецепторов горького вкуса человека можно обнаружить сгруппированными на хромосоме 7 и хромосоме 12 . Анализ взаимоотношений 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 более высокое сходство последовательностей, чем гены, обнаруженные на хромосоме 7. Это указывает на то, что эти гены развивались посредством тандемных дупликаций генов и что хромосома 12, в результате более высокого сходства последовательностей между ее генами, прошла через эти тандемные дупликации. дупликации появились позже, чем гены на хромосоме 7.
Густдуцин в желудке
[ редактировать ]Недавняя работа Энрике Розенгурта пролила некоторый 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 привести к летальному исходу при проглатывании. Уже было высказано предположение, что существует множество путей восприятия горького вкуса для предотвращения попадания вредных веществ в организм, но человек может игнорировать вкус вещества. Ронзегурт предполагает, что присутствие густдуцина в эпителиальных клетках желудка и желудочно-кишечного тракта указывает на еще одну линию защиты от поступивших в организм токсинов. В то время как вкусовые клетки во рту созданы для того, чтобы заставить человека выплевывать токсин, эти клетки желудка могут заставлять человека выплевывать токсины в виде рвоты .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Маклафлин С.К., Маккиннон П.Дж., Маргольски Р.Ф. (июнь 1992 г.). «Густдуцин представляет собой G-белок, специфичный для вкусовых клеток, тесно связанный с трансдуцинами». Природа . 357 (6379): 563–9. Бибкод : 1992Natur.357..563M . дои : 10.1038/357563a0 . ПМИД 1608467 . S2CID 4356747 .
- ^ Перейти обратно: а б с Маргольский РФ (январь 2002 г.). «Молекулярные механизмы преобразования горького и сладкого вкуса» . Ж. Биол. Хим . 277 (1): 1–4. дои : 10.1074/jbc.R100054200 . ПМИД 11696554 .
- ^ Розенгурт Э (август 2006 г.). «Вкусовые рецепторы желудочно-кишечного тракта. I. Рецепторы горького вкуса и альфа-густдуцин в кишечнике млекопитающих». Являюсь. Дж. Физиол. Гастроинтест. Физиол печени . 291 (2): G171–7. дои : 10.1152/ajpgi.00073.2006 . ПМИД 16710053 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Хун М.А., Нортап Дж.К., Маргольски Р.Ф., Рыба, Нью-Джерси (июль 1995 г.). «Функциональное выражение вкусоспецифического G-белка, альфа-густдуцина» . Биохим. Дж . 309. (Часть 2) (2): 629–36. дои : 10.1042/bj3090629 . ПМК 1135777 . ПМИД 7626029 .
- Фишер А., Гилад Ю., Ман О., Паабо С. (март 2005 г.). «Эволюция рецепторов горького вкуса у человека и обезьян» . Мол. Биол. Эвол . 22 (3): 432–6. дои : 10.1093/molbev/msi027 . ПМИД 15496549 .
- Линдеманн Б. (октябрь 1996 г.). «Хеморецепция: вкус сладкого и горького» . Курс. Биол . 6 (10): 1234–7. Бибкод : 1996CBio....6.1234L . дои : 10.1016/S0960-9822(96)00704-X . ПМИД 8939555 . S2CID 17234116 .
- Линдеманн Б. (апрель 1999 г.). «Рецептор ищет лиганд: на пути к клонированию молекулярных рецепторов сладкого и горького вкуса». Нат. Мед . 5 (4): 381–2. дои : 10.1038/7377 . ПМИД 10202923 . S2CID 5650076 .
- Маргольский РФ (январь 2002 г.). «Молекулярные механизмы преобразования горького и сладкого вкуса» . Ж. Биол. Хим . 277 (1): 1–4. дои : 10.1074/jbc.R100054200 . ПМИД 11696554 .
- Спилман А.И. (апрель 1998 г.). «Густдуцин и его роль во вкусе». Дж. Дент. Рез . 77 (4): 539–44. дои : 10.1177/00220345980770040601 . ПМИД 9539456 . S2CID 28730822 .
- Смит Д.В., Маргольский Р.Ф. (март 2001 г.). «Ощущение вкуса». наук. Являюсь . 284 (3): 32–9. Бибкод : 2001SciAm.284c..32S . doi : 10.1038/scientificamerican0301-32 . ПМИД 11234504 .
- Вонг Г.Т., Ганнон К.С., Маргольски Р.Ф. (июнь 1996 г.). «Передача горького и сладкого вкуса густдуцином». Природа . 381 (6585): 796–800. Бибкод : 1996Natur.381..796W . дои : 10.1038/381796a0 . ПМИД 8657284 . S2CID 4232354 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Густдуцин в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
