味覚受容体

TAS1R1 + TAS1R3ヘテロ二量体受容体はうま味受容体として機能し、L-アミノ酸、特にL-グルタミン酸の結合に反応します。^{[ 3 ]}うま味は食品添加物であるグルタミン酸ナトリウム（MSG）と最も頻繁に関連付けられており、イノシン一リン酸（IMP）およびグアノシン一リン酸（GMP）分子の結合によって増強される可能性があります。 ^{[ 14 ] [ 15 ]} TAS1R1+3を発現する細胞は、主に舌の先端と縁にある茸状乳頭と、口蓋の味覚受容体細胞に見られます。^{[ 3 ]}これらの細胞は鼓索神経にシナプスを形成して脳に信号を送ることが示されていますが、舌咽神経の活性化も一部確認されています。^{[ 14 ] [ 16 ]}

うま味受容体の代替候補としては、代謝型グルタミン酸受容体mGluR4およびmGluR1のスプライスバリアント、およびNMDA受容体が挙げられる。^{[ 11 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

すべての動物がT1R1+T1R3をうま味受容体として使用しているわけではなく、受容体が検出するものの変化は進化とともにしばしば起こる。^{[ 20 ]}例えば、甘味を感じる鳴禽類は、うま味受容体を甘味受容体として再利用している。^{[ 21 ]}

ほぼすべての主要な脊椎動物系統は、食物の栄養価を示すシグナルであるアミノ酸を検出するためにTAS1Rを使用しています。しかし、グルタミン酸はより一般的に検出されるアミノ酸には含まれていません。代わりに、初期の脊椎動物は塩基性アミノ酸と分岐鎖アミノ酸に焦点を当てていた可能性があります。これは、それぞれ硬骨魚類と軟骨魚類を代表するポリプテルスとゾウサメの間で共通の嗜好でした。^{[ 20 ]}

TAS1R2 + TAS1R3ヘテロ二量体受容体は、さまざまな糖類や糖代替物に結合することで甘味受容体として機能します。 [ 3 ] [ 22 ] ^{[ 23 ] TAS1R2 + 3を発現する}細胞は、舌の奥の有郭乳頭と葉状乳頭、および口蓋の味覚受容体細胞に見られます。[ 3 ^{]これらの}細胞は、鼓索神経と舌咽神経にシナプスを形成し、脳に信号を送ることが示されています。^{[ 11 ] [ 16 ]}

甘味の感知は、さまざまな動物の進化を通じて変化してきました。T1R2/T1R3 の仕組みは、哺乳類とトカゲで使用されています。しかし、鳥類では、T1R2 遺伝子ファミリーは存在せず、T1R1/T1R3 (哺乳類のうま味受容体) を介して甘味を感知します。硬骨魚類では、T1R1/T1R3 も T1R2/T1R3 も甘味 (ショ糖) を感知しません。ポリプテルスでは、 T1R1/T1R3 はスクラロースとアミノ酸の両方を感知し、T1R2/T1R3 はアミノ酸のみを感知します。^{[ 20 ]}鳥類の T1R1/T1R3 は用途変更のプロセスを経ており、甘味を感知する鳴禽類の進化段階に沿って、うま味を感知する能力が低下し、甘味を感知する能力が増加しました。原始的な鳴禽類のT1R1/T1R3はうま味しか感じなかっただろう。この変化はリガンド結合部位の構造の変化に対応していた。^{[ 21 ]}

TAS2Rタンパク質（InterPro ：IPR007960）は苦味受容体として機能します。^{[ 24 ]}ヒトには43個のTAS2R遺伝子があり、それぞれ（5つの偽遺伝子を除いて）イントロンがなく、 GPCRタンパク質をコードしています。^{[ 11 ]}これらのタンパク質は、TAS1Rタンパク質とは異なり、短い細胞外ドメインを持ち、有郭乳頭、口蓋、葉状乳頭、喉頭蓋の味蕾に存在し、茸状乳頭では発現が低下しています。^{[ 4 ] [ 11 ]} 1つの味覚受容体細胞に複数のTAS2Rが発現していることは確かですが、哺乳類が異なる苦味リガンドの味を区別できるかどうかはまだ議論されています。^{[ 4 ] [ 11 ]}しかし、TAS2R遺伝子の数よりも苦味化合物の数の方がはるかに多いため、何らかの重複があるはずです。インシリコモデリングの結果は、苦味受容体がワインに関連する苦味リガンドとの相互作用に基づいて3つの異なるグループにクラスター化する傾向があることを示唆している。^{[ 25 ]} 一般的な苦味リガンドには、シクロヘキシミド、デナトニウム、PROP（6- n-プロピル-2-チオウラシル）、PTC（フェニルチオカルバミド）、およびβ-グルコピラノシドが含まれる。^{[ 11 ]} 

苦味刺激のシグナル伝達は、ガストデューシンのαサブユニットを介して行われます。このGタンパク質サブユニットは、味覚ホスホジエステラーゼを活性化し、環状ヌクレオチドレベルを低下させます。シグナル伝達経路のさらなるステップはまだ不明です。ガストデューシンのβγサブユニットも、IP3（イノシトール三リン酸）とDAG（ジグリセリド）を活性化することによって味覚を媒介します_。これらのセカンドメッセンジャーは、ゲート型イオンチャネルを開くか、内部カルシウムの放出を引き起こす可能性があります。^{[ 26 ]}すべてのTAS2Rはガストデューシン含有細胞に存在しますが、ガストデューシンのノックアウトは苦味化合物に対する感受性を完全に消失させるわけではないため、苦味を感じるための冗長なメカニズムが存在することを示唆しています^{[ 13 ]} （苦味は一般的に毒素の存在を示すシグナルであることを考えると、これは驚くべきことではありません）。^{[ 13 ]}グストデューシン非依存性の苦味のメカニズムとして提案されているものの一つは、酸味や塩味の刺激を味わう際に起こるイオンチャネル相互作用と同様に、特定の苦味リガンドによるイオンチャネル相互作用を介したものである。^{[ 11 ]}

TAS2Rタンパク質の中で最もよく研​​究されているものの1つはTAS2R38で、これはPROPとPTCの両方の味覚に関与しています。これは、多型が味覚の違いの原因であることが示された最初の味覚受容体です。現在の研究は、このような味覚表現型を決定する他の多型を特定することに焦点を当てています。^{[ 11 ]}最近の研究では、他の苦味受容体遺伝子の遺伝的多型がカフェイン、キニーネ、安息香酸デナトニウムの苦味知覚に影響を与えることが示されています。^{[ 27 ]}

苦味受容体（TAS2R）は、気道（鼻と副鼻腔）の繊毛上皮組織の自然免疫系において重要な役割を果たしていることが実証されています。^{[ 28 ]}この自然免疫系は、物理的な免疫系表面バリアに 「能動的な要塞」^{[ 29 ]}を追加します。この固定免疫系は、リガンドが特定の受容体に結合することによって活性化されます。これらの天然リガンドは細菌マーカーであり、TAS2R38の例として、緑膿菌によって産生されるアシルホモセリンラクトン^{[ 30 ]}またはキノロン^{[ 31 ]}があります。捕食者から身を守るために、一部の植物は細菌マーカーを模倣した物質を産生しています。これらの植物の模倣物は、舌と脳によって苦味として解釈されます。固定免疫系の受容体は、苦味受容体である TAS2R と同一です。苦味物質は、TAS2R 固定免疫系の作動薬です。 ^{[ 28 ]} 先天性免疫系は、細菌やウイルスを破壊する能力を持つ一酸化窒素とディフェンシンを使用します。 ^{[ 32 ] [ 33 ]}これらの固定された先天性免疫系（アクティブフォートレス）は、上気道（鼻、副鼻腔、気管、気管支） 以外の上皮組織、例えば乳房（乳腺上皮細胞）、腸、ヒトの皮膚（ケラチノサイト）でも知られています。^{[ 34 ]} 苦味分子、それに関連する苦味受容体、および苦味受容体の配列と相同性モデルは、BitterDBから入手できます。

これらの味覚は、一般的な「味覚受容体」によって媒介されるものではありません。以下に、その分子的な基盤について簡単に説明します。

酸っぱい

歴史的には、酸味は遊離水素イオン（H ⁺）が味覚受容体を直接脱分極させたときにのみ生じると考えられていました。しかし、現在では、他の作用機序を持つ酸味特異的受容体が提唱されています。HCNチャネルはそのような提案の一つであり、環状ヌクレオチド依存性チャネルです。現在、酸味に関与すると考えられている2つのイオンチャネルはASIC2とTASK-1です。OTOP1も酸味受容体であると考えられています。^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}

TAS1R（T1R）遺伝子は多くの系統で機能の変化が見られ、時には遺伝子の完全な喪失に至ることもあります。これらの食欲受容体は動物が何を好むかを決定します。T1R遺伝子の不活性化と摂食行動の間には相関関係があります。^{[ 54 ]}

T1R2/T1R3味覚受容体複合体は、哺乳類やトカゲ類の甘味を感知する。これはおそらく四足動物の祖先状態である。^{[ 55 ]}ネコや吸血コウモリなど、多くの食肉目哺乳類は、T1R2の偽遺伝子化により食物の甘味を感知できない。この偽遺伝子化は食肉目においてかなり広く見られ、同じ遺伝子の異なる突然変異によって複数の系統で独立して発生した。これは収斂進化の一例である。^{[ 55 ]}さらに、ニワトリやツメガエルでもT1R2の偽遺伝子化が知られている。^{[ 55 ]}

T1R1/T1R3味覚受容体複合体は、哺乳類のうま味を感知します。^{[ 55 ]}イルカやアシカを含む2つの系統の水生哺乳類では、Tas1r1が偽遺伝子化していることがわかっています。^{[ 55 ]} Tas1r1の偽遺伝子化は、陸生の肉食動物でも見つかっています。^{[ 55 ]}パンダは食肉目に属しますが、草食動物で、食事の99%は竹であり、うま味を感じることができません。^{[ 56 ]}パンダのゲノム配列は、そのTas1r1遺伝子が偽遺伝子化していることを示しています。^{[ 56 ]}ある研究では、パンダを除く食肉目のすべての種で、オープンリーディングフレームが維持されていることがわかっています。^{[ 56 ]}パンダでは、非同義置換と同義置換の比率が、食肉目の他の種よりもはるかに高いことがわかりました。^{[ 56 ]}このデータは、パンダの化石記録の日付と相関しており、パンダが肉食から草食に食性を変えた時期を示しています。^{[ 55 ]}したがって、パンダのうま味機能の喪失は、パンダが肉への依存度を下げた食性の変化によって引き起こされたと仮説が立てられています。^{[ 55 ]}しかし、これらの研究は、Tas1r1受容体を保持しているウマやウシなどの草食動物については説明していません。^{[ 56 ]}

T2Rの完全な喪失は、一部の軟骨魚類やヘビで知られている。^{[ 52 ] [ 51 ]}

総じて、味覚受容体の機能喪失は、種の食性の変化に伴って起こった進化過程である。^{[ 57 ]}