Gustducin - Gustducin

guaninnukleotidbindende protein, alfatransduserende 3
Identifikatorer
Symbol GNAT3
NCBI-genet 346562
HGNC 22800
OMIM 139395
RefSeq XM_294370
UniProt A4D1B2
Andre data
Locus Chr. 7 q21.11
guaninnukleotidbindende protein (G-protein), beta-polypeptid 1
Identifikatorer
Symbol GNB1
NCBI-genet 2782
HGNC 4396
OMIM 139380
RefSeq NM_002074
UniProt P62873
Andre data
Locus Chr. 1 s36.33
guaninnukleotidbindende protein (G-protein), gamma 13
Identifikatorer
Symbol GNG13
NCBI-genet 51764
HGNC 14131
OMIM 607298
RefSeq NM_016541
UniProt Q9P2W3
Andre data
Locus Chr. 16 s13.3

Gustducin er et G-protein forbundet med smak og smakssystem , som finnes i noen smak reseptor celler. Forskning på oppdagelse og isolering av gustaducin er nylig. Det er kjent å spille en stor rolle i transduksjonen av bittere, søte og umami-stimuli. Dens veier (spesielt for å oppdage bitre stimuli) er mange og varierte.

Et spennende trekk ved gustducin er dens likhet med transducin . Disse to G-proteinene har vist seg å være strukturelt og funksjonelt like, noe som fører forskere til å tro at smakssansen utviklet seg på samme måte som synssansen .

Gustducin er et heterotrimert protein som består av produktene fra GNAT3 (α-underenhet), GNB1 (β-underenhet) og GNG13 (γ-underenhet).

Oppdagelse

Gustducin ble oppdaget i 1992 da degenererte oligonukleotidprimere ble syntetisert og blandet med et cDNA-bibliotek med smaksvev . De DNA- produkter ble amplifisert ved polymerasekjedereaksjon metode, og åtte positive kloner ble vist å kode for a- underenhetene av G-proteiner, (som samvirker med G-protein-koblete reseptorer ). Av disse åtte hadde to tidligere vist seg å kode stang og kjegle α- transducin . Den åttende klonen, α-gustducin, var unik for gustatorisk vev.

Sammenligning med transducin

Ved analyse av aminosyresekvensen til α-gustducin, ble det oppdaget at α-gustduciner og α-transduciner var nært beslektede. Dette arbeidet viste at α-gustducins proteinsekvens gir den 80% identitet til både stang og kjegle a-transducin. Til tross for de strukturelle likhetene, har de to proteinene veldig forskjellige funksjoner.

Imidlertid har de to proteinene lignende mekanisme og evner. Transducin fjerner hemming fra cGMP fosfodiesterase , noe som fører til nedbrytning av cGMP. Tilsvarende binder α-gustducin de inhiberende underenhetene til smakscelle cAMP fosfodiesterase som forårsaker en reduksjon i cAMP nivåer. Også de terminale 38 aminosyrene til α-gustducin og α-transducin er identiske. Dette antyder at gustducin kan samhandle med opsin og opsin-lignende G-koblede reseptorer. Omvendt antyder dette også at transducin kan samhandle med smakreseptorer .

De strukturelle likhetene mellom gustducin og transducin er så store at sammenligning med transducin ble brukt for å foreslå en modell av gustducins rolle og funksjonalitet i smakstransduksjon.

Andre G-protein α-underenheter er identifisert i TRCs (f.eks. Gαi-2, Gαi-3, Gα14, Gα15, Gαq, Gαs) med funksjon som ennå ikke er bestemt.

plassering

Mens gustducin var kjent for å bli uttrykt i noen smakreseptorceller (TRC), viste studier med rotter at gustducin også var til stede i en begrenset delmengde av celler som fôret mage og tarm. Disse cellene ser ut til å dele flere funksjoner i TRC. En annen studie med mennesker viste to immunreaktive mønstre for α-gustducin i humane sirkulære og foliære smakceller : plasmalemmal og cytosolisk . Disse to studiene viser at gustducin fordeles gjennom smaks- vev og noen mage og tarm- vev og gustducin presenteres enten i cytoplasma eller i apikalmembraner på TRC flater.

Forskning viste at bitterstimulerte smak 2-reseptorer (T2R / TRB) bare finnes i smakreseptorceller som er positive for uttrykk for gustducin. α-Gustducin uttrykkes selektivt i ~ 25-30% av TRC

Utvikling av den gustducin-medierte signalmodellen

På grunn av dets strukturelle likhet med transducin, ble gustducin spådd å aktivere en fosfodiesterase (PDE). Fosfodieteraser ble funnet i smaksvev og deres aktivering ble testet in vitro med både gustducin og transducin. Dette eksperimentet avslørte at transducin og gustducin begge ble uttrykt i smakvev (forholdet 1:25) og at begge G-proteiner er i stand til å aktivere retinal PDE. Videre, når de er tilstede med denatonium og kinin, kan begge G-proteinene aktivere smaksspesifikke PDEer. Dette indikerte at både gustducin og transducin er viktig i signaltransduksjonen av denatonium og kinin.

1992-forskningen undersøkte også rollen som gustducin i mottak av bitter smak ved å bruke "knock-out" mus som mangler genet for α-gustducin. En smakstest med knock-out- og kontrollmus avslørte at knock-out-musene ikke viste noen preferanse mellom bitter og vanlig mat i de fleste tilfeller. Da α-gustducin-genet ble satt inn i knock-out-musene , kom den opprinnelige smaksevnen tilbake.

Imidlertid fjernet tapet av α-gustducin-genet ikke muligheten til knock-out-musene til å smake bitter mat, noe som indikerer at α-gustducin ikke er den eneste mekanismen for å smake bitter mat. Man trodde den gangen at en alternativ mekanisme for deteksjon av bitter smak kunne være assosiert med βγ-underenheten til gustducin. Denne teorien ble senere validert da det ble oppdaget at både perifere og sentrale gustatoriske nerveceller vanligvis reagerer på mer enn en type smakstimulerende, selv om en nevron vanligvis vil favorisere en spesifikk stimulant fremfor andre. Dette antyder at mens mange nevroner favoriserer bitter smakstimuli, kan nevroner som favoriserer andre stimuli som søt og umami være i stand til å oppdage bitre stimuli i fravær av bitre stimulerende reseptorer, som med knock-out mus.

Andre sendebud IP 3 og cAMP

Inntil nylig var gustducins natur og dens andre budbringere uklare. Det var imidlertid klart at gustducin transduserte intracellulære signaler. Spielman var en av de første som så på hastigheten på smaksmottakelsen ved å bruke den slukkede flytteknikken. Når smakcellene ble utsatt for de bittere stimulantene denatonium og sukroseoktaacetat, skjedde den intracellulære responsen - en forbigående økning av IP 3 - innen 50-100 millisekunder etter stimulering. Dette var ikke uventet, da det var kjent at transducin var i stand til å sende signaler i stang- og kjegleceller med samme hastighet. Dette indikerte at IP 3 var en av de andre budbringere som ble brukt i transduksjon av bitter smak. Det ble senere oppdaget at cAMP også forårsaker en tilstrømning av kationer under bitter og litt søt smakstransduksjon, noe som førte til konklusjonen at den også fungerte som en andre budbringer for gustducin.

Bitter transduksjon

Når bitter-stimulerte T2R / TRB reseptorer aktiveres gustducin heterotrimers, virker gustducin å mediere to responser i smak reseptor -celler: en reduksjon i leirer utløst av α-gustducin, og en økning i IP- 3 ( inositoltrisfosfat ) og diacylglycerol (DAG) fra βγ -gustducin.

Selv om de følgende trinnene i α-gustducin-banen ikke er bekreftet, er det mistanke om at reduserte cAMP-er kan virke på proteinkinaser som vil regulere smakreseptor-celleionkanalaktivitet. Det er også mulig at cNMP-nivåer direkte regulerer aktiviteten til cNMP-gated kanaler og cNMP-inhiberte ionekanaler uttrykt i smakreseptorceller . Den βγ-gustducin hovedbane fortsetter med aktiveringen av IP- 3 -reseptorer og frigjøring av Ca 2+ , etterfulgt av nevrotransmitter frigivelse.

Modeller for bitter smaksoverføring Flere modeller er foreslått for mekanismene angående transduksjon av bittersmakssignaler.

  • Celleoverflate-reseptorer: Patch- klemforsøk har vist bevis for at bitre forbindelser som denatonium og sukroseoktaacetat virker direkte på spesifikke celleoverflateseptorer.
  • Direkte aktivering av G-proteiner: Visse bitre sentralstimulerende midler som kinin har vist seg å aktivere G-proteiner direkte. Selv om disse mekanismene er identifisert, er den fysiologiske relevansen av mekanismen ennå ikke fastslått.
  • PDE-aktivering: Andre bitre forbindelser, som tioacetamid og propyltiouracil, har vist seg å ha stimulerende effekter på PDE. Denne mekanismen er blitt anerkjent i storfeepitel inneholder fungiform papiller.
  • PDE-hemming: Andre bitre forbindelser har vist seg å hemme PDE. Bacitracin og hydroklorid har vist seg å hemme PDE i bovint smaksvev
  • Kanalblokkering: Eksperimenter med klemfeste har vist at flere bitre ioner virker direkte på kaliumkanaler og blokkerer dem. Dette antyder at kaliumkanalene ville være lokalisert i den apikale regionen av smakcellene. Selv om denne teorien virker gyldig, har den bare blitt identifisert i smakslamceller av gjørme .

Det antas at disse fem forskjellige mekanismene har utviklet seg som forsvarsmekanismer. Dette vil innebære at det finnes mange forskjellige giftige eller skadelige bitterstoffer, og disse fem mekanismene eksisterer for å hindre mennesker i å spise eller drikke dem. Det er også mulig at noen mekanismer kan fungere som sikkerhetskopier hvis en primærmekanisme mislykkes. Et eksempel på dette kan være kinin, som har vist seg å både hemme og aktivere PDE i bovint smaksvev.

Søt transduksjon

Det er for tiden to modeller foreslått for søt smakstransduksjon. Den første banen er en GPCRG s -cAMP-vei. Denne reaksjonsvei starter med sukrose og andre sukkere aktiverende G s inne i cellen gjennom et membranbundet GPCR. Den aktiverte G som aktiverer adenylat cyclase for å utvikle cAMP. Fra dette punktet kan en av to veier tas. cAMP kan virke direkte for å forårsake tilstrømning av kationer gjennom cAMP-kanaliserte kanaler, eller cAMP kan aktivere proteinkinase A , noe som forårsaker fosforylering av K + -kanaler, og dermed lukker kanalene, og muliggjør depolarisering av smakcellen, påfølgende åpning av spenningsstyrt Ca 2+ kanaler og forårsaker frigjøring av nevrotransmitter.

Den andre banen er en GPCR-G q / Gβγ-IP 3- vei som brukes med kunstige søtningsmidler. Kunstige søtningsmidler binder og aktiverer GPCR koplet til PLCβ 2 ved enten α-G q eller Gβγ. De aktiverte subenheter aktivere PLCβ 2 for å generere IP 3 og DAG. IP 3 og DAG fremkaller Ca 2+ frigjøring fra endoplasmatisk retikulum og forårsaker cellulær depolarisering. En tilstrømning av Ca 2+ utløser frigjøring av nevrotransmitter. Mens disse to banene eksisterer sammen i de samme TRC-ene, er det uklart hvordan reseptorene selektivt formidler cAMP-respons på sukker og IP 3- respons på kunstige søtningsmidler.

Utvikling av reseptorer for bitter smak

Av de fem basissmakene er tre ( søt , bitter og umami- smak) formidlet av reseptorer fra den G-proteinkoblede reseptorfamilien. Reseptorer (T2R) for pattedyr bitter smak er kodet av en genfamilie på bare noen få dusin medlemmer. Det antas at reseptorer for bitter smak utviklet seg som en mekanisme for å unngå inntak av giftige og skadelige stoffer. Hvis dette er tilfelle, kan man forvente at forskjellige arter utvikler forskjellige reseptorer for bitter smak basert på diett og geografiske begrensninger. Med unntak av T2R1 (som ligger på kromosom 5 ), kan alle humane bitter smakreseptorgener bli funnet gruppert på kromosom 7 og kromosom 12 . Analysering av forholdet mellom bitter smakreseptorgener viser at genene på det samme kromosomet er tettere knyttet til hverandre enn gener på forskjellige kromosomer. Videre har genene på kromosom 12 høyere sekvenslikhet enn genene som ble funnet på kromosom 7. Dette indikerer at disse genene utviklet seg via tandem-duplikasjoner, og at kromosom 12, som et resultat av dets høyere sekvenslikhet mellom gener, gikk gjennom disse tandemene duplikasjoner mer nylig enn gener på kromosom 7.

Gustducin i magen

Nylig arbeid av Enrique Rozengurt har belyst tilstedeværelsen av gustducin i magen og mage-tarmkanalen. Hans arbeid antyder at gustducin er til stede i disse områdene som en forsvarsmekanisme. Det er allment kjent at noen medisiner og giftstoffer kan forårsake skade og til og med være dødelige hvis de inntas. Det har allerede blitt teoretisert at det finnes flere mottaksveier for bitter smak for å forhindre at skadelige stoffer blir inntatt, men en person kan velge å ignorere smaken av et stoff. Ronzegurt antyder at tilstedeværelsen av gustducin i epitelceller i mage og mage-tarmkanalen er en indikasjon på en annen forsvarslinje mot inntatt giftstoffer. Mens smakceller i munnen er designet for å tvinge en person til å spytte ut et gift, kan disse magecellene virke for å tvinge en person til å spytte opp giftstoffene i form av oppkast .

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker