Густдуцин

Густдуцин - это G-белок, связанный со вкусом и системой вкусовых ощущений , обнаруженный в некоторых клетках вкусовых рецепторов . Исследования по открытию и выделению густадуцина начались недавно. Известно, что он играет большую роль в передаче горького, сладкого и умами раздражителей. Его пути (особенно для обнаружения горьких раздражителей) многочисленны и разнообразны.

Интересной особенностью густдуцина является его сходство с трансдуцином . Было показано, что эти два G-белка структурно и функционально подобны, что привело исследователей к мысли, что чувство вкуса развивалось аналогично зрению .

Густдуцин представляет собой гетеротримерный белок, состоящий из продуктов GNAT3 (α-субъединица), GNB1 (β-субъединица) и GNG13 (γ-субъединица).

Открытие [ править ]

Густдуцин был открыт в 1992 году, когда вырожденные олигонуклеотидные праймеры были синтезированы и смешаны с библиотекой кДНК вкусовой ткани . В ДНК - продукты были амплифицированы с помощью полимеразной цепной реакции метода, и восемь положительных клонов были показаны , что кодирует альфа субъединицу G-белки, (которые взаимодействуют с G-белком рецепторами ). Из этих восьми ранее было показано, что двое кодируют α- трансдуцин палочек и колбочек . Восьмой клон, α-густдуцин, был уникальным для вкусовой ткани. ^[1]

Сравнение с трансдуцином [ править ]

При анализе аминокислотной последовательности α-густдуцина было обнаружено, что α-густдуцины и α-трансдуцины были тесно связаны. Эта работа показала, что последовательность белка α-густдуцина придает ему 80% идентичности как палочковому, так и конусному α-трансдуцину. Несмотря на структурное сходство, два белка имеют очень разные функции.

Однако у этих двух белков схожий механизм и возможности. Трансдуцин снимает ингибирование цГМФ- фосфодиэстеразы , что приводит к разрушению цГМФ. Точно так же α-густдуцин связывает ингибирующие субъединицы цАМФ- фосфодиэстеразы вкусовых клеток, что вызывает снижение уровней цАМФ. Кроме того, 38 концевых аминокислот α-густдуцина и α-трансдуцина идентичны. Это говорит о том, что густдуцин может взаимодействовать с опсином и опсин-подобными G-связанными рецепторами. Напротив, это также предполагает, что трансдуцин может взаимодействовать со вкусовыми рецепторами .

Структурное сходство между густдуцином и трансдуцином настолько велико, что сравнение с трансдуцином было использовано для предложения модели роли и функциональности густдуцина в трансдукции вкуса. ^{[ необходима цитата ]}

Другие α-субъединицы G-белка были идентифицированы в TRC (например, Gαi-2, Gαi-3, Gα14, Gα15, Gαq, Gαs), функция которых еще не определена. ^[2]

Местоположение [ править ]

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 обладают некоторыми общими чертами TRC. Другое исследование на людях выявило две иммунореактивные модели для α-густдуцина в человеческих циркумаваллатных и лиственных вкусовых клетках: плазмалемма и цитозоль . Эти два исследования показали, что густдуцин распределяется во вкусовых тканях и в некоторых тканях желудка и кишечника, а густдуцин присутствует либо в цитоплазме, либо в апикальных мембранах на поверхностях TRC.

Исследования показали, что вкусовые рецепторы типа 2 (T2R / TRB), стимулированные горькой, обнаруживаются только в клетках вкусовых рецепторов, положительных по экспрессии густдуцина. α-Густдуцин избирательно экспрессируется примерно в 25–30% TRC ^[2]

Эволюция модели передачи сигналов, опосредованной густдуцином [ править ]

Из-за структурного сходства с трансдуцином, густдуцин, как предполагалось, активирует фосфодиэстеразу (PDE). Фосфодиетеразы 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 экспрессируются во вкусовой ткани (соотношение 1:25) и что оба G-белка способны активировать ФДЭ в сетчатке . Кроме того, в присутствии денатония и хинина оба G-белка могут активировать вкусовые специфические PDE. Это указывает на то, что и густдуцин, и трансдуцин играют важную роль в передаче сигналов денатония и хинина.

В исследовании 1992 г. также изучалась роль густдуцина в восприятии горького вкуса с использованием «нокаутных» мышей, лишенных гена α-густдуцина. Тест вкуса с нокаутом и контрольными мышами показал, что нокаутные мыши в большинстве случаев не предпочитали горькую и обычную пищу. Когда ген α-густдуцина был повторно вставлен в мышей с нокаутом , первоначальные вкусовые качества вернулись.

Однако потеря гена α-гюстдуцина не полностью устранила способность мышей с нокаутом ощущать вкус горькой пищи, что указывает на то, что α-густдуцин - не единственный механизм дегустации горькой пищи. В то время считалось, что альтернативный механизм определения горького вкуса может быть связан с субъединицей βγ густдуцина. Позднее эта теория была подтверждена, когда было обнаружено, что как периферические, так и центральные нейроны вкуса обычно реагируют более чем на один тип стимулятора вкуса, хотя нейрон обычно предпочитает один конкретный стимулятор другим. Это говорит о том, что, хотя многие нейроны предпочитают стимулы горького вкуса, нейроны, которые предпочитают другие стимулы, такие как сладкое и умами, могут быть способны обнаруживать горькие стимулы в отсутствие рецепторов горьких стимуляторов, как в случае мышей с нокаутом. ^{[цитата необходима ]}

Вторые мессенджеры IP ₃ и cAMP [ править ]

До недавнего времени природа густдуцина и его вторичных посланников была неясной. Однако было ясно, что густдуцин трансдуцирует внутриклеточные сигналы. Спилман был одним из первых, кто изучил скорость восприятия вкуса, применив технику закаленного потока. Когда вкусовые клетки подвергались воздействию горьких стимуляторов денатония и октаацетата сахарозы, внутриклеточный ответ - временное повышение IP ₃ - происходил в пределах 50-100 миллисекунд после стимуляции. Это не было неожиданностью, так как было известно, что трансдуцин способен посылать сигналы внутри палочковидных и колбочек с одинаковой скоростью. Это указывает на то, что IP ₃был одним из вторых посланников, используемых в преобразовании горького вкуса. Позже было обнаружено, что цАМФ также вызывает приток катионов во время преобразования горького и некоторого сладкого вкуса, что привело к выводу, что он также действует как вторичный посланник густдуцину. ^{[ необходима цитата ]}

Горькая трансдукция [ править ]

Когда горько-стимулированные рецепторы T2R / TRB активируют гетеротримеры густдуцина, густдуцин действует, опосредуя два ответа в клетках вкусовых рецепторов : снижение цАМФ, вызванное α-густдуцином, и повышение IP ₃ ( трифосфат инозитола ) и диацилглицерина (DAG) от βγ. -густдуцин. ^[2]

Хотя следующие этапы пути α-густдуцина не подтверждены, предполагается, что пониженные цАМФ могут действовать на протеинкиназы, которые могут регулировать активность ионных каналов клеток вкусовых рецепторов. Также возможно, что уровни cNMP напрямую регулируют активность cNMP-управляемых каналов и ингибированных cNMP ионных каналов, экспрессируемых в клетках вкусовых рецепторов. Путь βγ-густдуцина продолжается с активацией рецепторов IP ₃ и высвобождением Са ^{2+ с} последующим высвобождением нейромедиатора . ^{[ необходима цитата ]}

Модели трансдукции горького вкуса Было предложено несколько моделей механизмов, касающихся трансдукции сигналов горького вкуса.

Рецепторы клеточной поверхности: эксперименты по зажиманию пластырей показали, что горькие соединения, такие как денатоний и октаацетат сахарозы, действуют непосредственно на специфические рецепторы клеточной поверхности. ^{[ необходима цитата ]}
Прямая активация G-белков: было показано, что некоторые горькие стимуляторы, такие как хинин , напрямую активируют G-белки. Хотя эти механизмы были идентифицированы, ^{[ кем? ]} физиологическая значимость механизма еще не установлена.
Активация PDE: Были показаны другие горькие соединения, такие как тиоацетамид и пропилтиоурацил ^{[ кем? ]} оказывать стимулирующее действие на PDE. Этот механизм был обнаружен в эпителии бычьего языка, содержащем грибовидные сосочки.
Ингибирование PDE: Были показаны другие горькие соединения ^{[ кем? ]} для ингибирования PDE. Было показано, что бацитрацин и гидрохлорид ингибируют ФДЭ во вкусовых тканях коров.
Блокировка каналов: эксперименты с зажимом пластыря показали, что несколько горьких ионов действуют непосредственно на калиевые каналы, блокируя их. Это предполагает, что калиевые каналы будут располагаться в апикальной области вкусовых клеток. Хотя эта теория кажется ^{[ кем? ]} действительно, он был обнаружен только во вкусовых клетках грязной щенки .

Считается ^{[ кем? ],} что эти пять различных механизмов развились как защитные механизмы. Это означало бы, что существует много различных ядовитых или вредных горьких агентов, и эти пять механизмов существуют, чтобы не дать людям есть или пить их. Также возможно, что некоторые механизмы могут действовать как резервные копии в случае отказа основного механизма. Одним из примеров этого может быть хинин, который, как было показано, как ингибирует, так и активирует ФДЭ в тканях бычьего вкуса.

Сладкая трансдукция [ править ]

В настоящее время предложены две модели для преобразования сладкого вкуса. Первый путь - это путь GPCRG s -cAMP. Этот путь начинается с сахарозой и другие сахара активации G _s внутри клетки через мембраносвязанный GPCR. Активированный G _as активирует аденилатциклазу с образованием цАМФ. С этого момента можно выбрать один из двух путей. цАМФ может действовать напрямую, вызывая приток катионов через цАМФ-управляемые каналы, или цАМФ может активировать протеинкиназу А , которая вызывает фосфорилирование K + -каналов, таким образом закрывая каналы, делая возможной деполяризацию вкусовой клетки, последующее открытие потенциал-зависимых Ca 2+ каналов и вызывая высвобождение нейротрансмиттера ^{[ необходима цитата ]} .

Второй путь - это путь GPCR-G _q / Gβγ-IP _3, который используется с искусственными подсластителями. Искусственные подсластители связывают и активируют GPCR, связанные с PLCβ ₂ посредством α-G _q или 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⁺ вызывает высвобождение нейромедиатора. 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 ]} .

Эволюция рецепторов горького вкуса [ править ]

Из пяти основных вкусов три ( сладкий , горький и вкус умами ) опосредуются рецепторами из семейства рецепторов, связанных с G-белком. Рецепторы горького вкуса млекопитающих (T2R) кодируются семейством генов, состоящим всего из нескольких десятков членов. Считается, что рецепторы горького вкуса возникли как механизм, позволяющий избежать проглатывания ядовитых и вредных веществ. Если это так, можно ожидать, что у разных видов будут развиваться 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 могут быть обнаружены в кластерах на хромосоме 7 и хромосоме 12.. Анализ отношений между генами рецепторов горького вкуса показывает, что гены на одной и той же хромосоме более тесно связаны друг с другом, чем гены на разных хромосомах. Кроме того, гены на хромосоме 12 имеют более высокое 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 более высокого сходства последовательностей между ее генами, прошла через эти тандемные дупликации более поздние, чем гены на хромосоме 7.

Густдуцин в желудке [ править ]

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 оказаться смертельными при проглатывании. Уже было высказано предположение, что существует несколько путей восприятия горького вкуса, предотвращающих попадание 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 другую линию защиты от проглоченных токсинов. В то время как вкусовые клетки во рту предназначены для того, чтобы заставить человека выплюнуть токсин, эти клетки желудка могут заставить человека выплюнуть токсины в виде рвоты .

См. Также [ править ]

трансдуцин
вкусовая система

Ссылки [ править ]

^ McLaughlin SK, Маккиннон PJ, Margolskee РФ (июнь 1992). «Густдуцин представляет собой G-белок, специфичный для вкусовых клеток, тесно связанный с трансдуцинами». Природа . 357 (6379): 563–9. DOI : 10.1038 / 357563a0 . PMID 1608467 . S2CID 4356747 .
^ a b c Маргольски РФ (январь 2002 г.). «Молекулярные механизмы передачи горького и сладкого вкуса» . J. Biol. Chem . 277 (1): 1–4. DOI : 10.1074 / jbc.R100054200 . PMID 11696554 .
^ Rozengurt E (август 2006). «Вкусовые рецепторы в желудочно-кишечном тракте. I. Рецепторы горького вкуса и альфа-густдуцин в кишечнике млекопитающих». Являюсь. J. Physiol. Гастроинтест. Liver Physiol . 291 (2): G171–7. DOI : 10,1152 / ajpgi.00073.2006 . PMID 16710053 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Hoon MA, Northup JK, Маргольски РФ, Рыба, штат Нью-Джерси (июль 1995 г.). «Функциональное выражение вкусового специфического G-белка, альфа-густдуцина» . Биохим. Дж . 309. (Pt 2) (2): 629–36. DOI : 10.1042 / bj3090629 . PMC 1135777 . PMID 7626029 .
Фишер А., Гилад Ю., Ман О, Пэабо С. (март 2005 г.). «Эволюция рецепторов горького вкуса у людей и обезьян» . Мол. Биол. Evol . 22 (3): 432–6. DOI : 10.1093 / molbev / msi027 . PMID 15496549 .
Линдеманн Б. (октябрь 1996 г.). «Хеморецепция: вкус сладкого и горького». Curr. Биол . 6 (10): 1234–7. DOI : 10.1016 / S0960-9822 (96) 00704-X . PMID 8939555 . S2CID 17234116 .
Линдеманн Б. (апрель 1999 г.). «Рецептор ищет лиганд: на пути к клонированию молекулярных рецепторов сладкого и горького вкуса». Nat. Med . 5 (4): 381–2. DOI : 10,1038 / 7377 . PMID 10202923 . S2CID 5650076 .
Маргольское РФ (январь 2002 г.). «Молекулярные механизмы передачи горького и сладкого вкуса» . J. Biol. Chem . 277 (1): 1–4. DOI : 10.1074 / jbc.R100054200 . PMID 11696554 .
Шпильман А.И. (апрель 1998 г.). «Густдуцин и его роль во вкусе». J. Dent. Res . 77 (4): 539–44. DOI : 10.1177 / 00220345980770040601 . PMID 9539456 . S2CID 28730822 .
Смит Д.В., Маргольски РФ (март 2001 г.). «Ощущение вкуса». Sci. Am . 284 (3): 32–9. DOI : 10.1038 / Scientificamerican0301-32 . PMID 11234504 .
Wong GT, Gannon KS, Margolskee RF (июнь 1996 г.). «Преобразование горького и сладкого вкуса густдуцином». Природа . 381 (6585): 796–800. DOI : 10.1038 / 381796a0 . PMID 8657284 . S2CID 4232354 .

Внешние ссылки [ править ]

Густдуцина из Национальной медицинской библиотеки США по предметным рубрикам по медицинским предметам (MeSH)

[pmid1608467-1] McLaughlin SK, Маккиннон PJ, Margolskee РФ (июнь 1992). «Густдуцин представляет собой G-белок, специфичный для вкусовых клеток, тесно связанный с трансдуцинами». Природа . 357 (6379): 563–9. DOI : 10.1038 / 357563a0 . PMID 1608467 . S2CID 4356747 .

[margol-2] Маргольски РФ (январь 2002 г.). «Молекулярные механизмы передачи горького и сладкого вкуса» . J. Biol. Chem . 277 (1): 1–4. DOI : 10.1074 / jbc.R100054200 . PMID 11696554 .

[pmid16710053-3] Rozengurt E (август 2006). «Вкусовые рецепторы в желудочно-кишечном тракте. I. Рецепторы горького вкуса и альфа-густдуцин в кишечнике млекопитающих». Являюсь. J. Physiol. Гастроинтест. Liver Physiol . 291 (2): G171–7. DOI : 10,1152 / ajpgi.00073.2006 . PMID 16710053 .

vтеФерменты
Мероприятия	Активный сайт Связывающий сайт Каталитическая триада Оксианионная дыра Ферментная неразборчивость Каталитически совершенный фермент Коэнзим Кофактор Ферментный катализ
Регулирование	Аллостерическая регуляция Сотрудничество Ингибитор ферментов Активатор ферментов
Классификация	Номер ЕС Ферментное суперсемейство Семейство ферментов Список ферментов
Кинетика	Кинетика ферментов Диаграмма Иди – Хофсти Заговор Ханеса – Вульфа Заговор Лайнуивера – Берка Кинетика Михаэлиса – Ментен
Типы	EC1 Оксидоредуктазы ( список ) EC2 Трансферазы ( список ) EC3 Гидролазы ( список ) EC4 Lyases ( список ) EC5 Изомеразы ( список ) Лигазы EC6 ( список ) EC7 Translocases ( список )