26.3.1.1 T1R-reseptorit: Ensimmäiset metabotrooppiset reseptorit, jotka tunnistettiin makuaistissa, olivat kaksi T1R-perheen jäsentä, T1R1 ja T1R2 (alun perin nimeltään TR1 ja TR2),41 ja ne löydettiin subtraktiivisilla ja differentiaalisilla yhden solun seulontatekniikoilla. Näillä reseptoreilla on noin 40 prosentin homologia keskenään, ja ne ovat kaukaisessa sukulaisuussuhteessa muihin GPCR-reseptoreihin, kuten kalsiumantunnistusreseptoriin, V2R-feromonireseptoriin ja metabotrooppisiin glutamaattireseptoreihin. Kaikki kuuluvat GPCR-luokan C-perheeseen, ja niille on ominaista pitkä N-terminaalinen solunulkoinen domeeni, joka tunnetaan nimellä Venus flytrap domain. In situ -hybridisaatiokokeissa todettiin, että nämä reseptorit ilmentyvät 20-30 prosentissa TRC:istä etu- ja takimmaisissa makuhermosolmukkeissa. Lisäksi niitä esiintyy lähes kaikissa selkärankaisissa, mutta ei selkärangattomissa.39
Aluksi näiden reseptorien ligandeja ei tunnettu, vaikka niiden ilmentymisen perusteella kielen etuosassa ehdotettiin makean siirtymistä. Monet arvelivat, että näiden reseptorien geenit karttuisivat sac-lokukseen, joka on distaalisella kromosomilla 4 sijaitseva alue, jonka oli aiemmin geneettisissä tutkimuksissa todettu olevan osallisena makean makuun hiirillä. Fuller42 , joka tutki hiirikantoja, jotka eroavat toisistaan siinä, miten innokkaasti ne kuluttavat makeita liuoksia, totesi, että suurin osa eroista sakariinipreferenssissä maistuvissa ja ei-maistuvissa kannoissa (C57BL/6J ja DBA/2J) riippui yhdestä ainoasta paikasta, jota kutsuttiin nimellä sac. Alleelin dominoiva muoto korreloi voimakkaamman mieltymyksen kanssa. Myöhemmissä tutkimuksissa tämä havainto yleistettiin muihin makeisiin molekyyleihin, kuten asesulfaamiin, dulsiiniin ja sakkaroosiin,43,44 ja todettiin, että geenien oletetut polymorfismit vaikuttivat perifeeristen hermojen aktiivisuuteen.45 Korkean resoluution geneettisen kartoituksen avulla T1R1 karttui kuitenkin sac-lokuksen läheisyyteen.46
Sakin identiteetti ja sen suhde T1R-reseptoriperheeseen tuli selväksi, kun perheen kolmas jäsen, T1R3, löydettiin.47-49 T1R3 ilmentyy sekä anteriorisissa että posteriorisissa kentissä TRC-soluissa, joiden morfologia vastaa tyypin II soluja. Se ekspressoituu yhdessä joko T1R1:n tai T1R2:n kanssa, vaikka osa T1R3:aa ekspressoivista TRC-soluista ei ekspressoi kumpaakaan.50 T1R3-solut ekspressoituvat yhdessä makean transduktiokaskadin muiden osien kanssa, joihin kuuluvat α-gustdukiini ja PLCβ2. Kokeet, joissa käytettiin heterologisia ekspressiojärjestelmiä, osoittivat, että T1R3 vaatii T1R2:n yhteisekspressiota, jotta se reagoi täysin erilaisiin makeisiin aineisiin, kuten yksinkertaisiin sokereihin, keinotekoisiin makeutusaineisiin, d-aminohappoihin ja makeisiin proteiineihin.48,51 Ihmisen T1R2/T1R3-dimeeri reagoi noin kahteenkymmeneen yhdisteeseen, joiden tiedetään olevan makeita fysiologisina pitoisuuksina, ja sitä esti ihmisen makean maun antagonistina toimiva laktisoli.51 Fyysisen kartoituksen ja genomitietokantojen louhinnan yhdistelmällä useat ryhmät tunnistivat T1R3:n sac:ksi jyrsijöiden ja ihmisen genomissa.47-49,51-54
Validointi T1R2/T1R3:lle nisäkkäiden pääasiallisena makean maun reseptorina saatiin tutkimuksista, joissa käytettiin knockout-hiiriä T1R1-, T1R2- tai T1R3-geenien osalta sekä kaksoistoimista knockout-hiirtä T1R2- ja T1R3-geenien osalta. Näitä hiiriä testattiin käyttämällä lyhytaikaisia käyttäytymismäärityksiä ja elektrofysiologisia nauhoituksia chorda tympani- ja glossofaryngeaalihermoista.55,56 T1R2-null-hiiret menettivät mieltymyksensä ja neuraaliset vasteensa keinotekoisiin makeutusaineisiin, ja vasteensa luonnollisiin sokereihin vähenivät huomattavasti. T1R3-null-hiiret menettivät käyttäytymis- ja elektrofysiologiset vasteet sekä umami-ärsykkeille että keinotekoisille makeutusaineille, ja niiden vasteet sokereille vähenivät huomattavasti. Ainoastaan kaksinkertainen knockout-eläin menetti täysin jäännösvasteet luonnollisille sokereille, mikä viittaa siihen, että T1R2 tai T1R3 voivat toimia monomeerina tai homodimeerinä. Itse asiassa hiiren T1R3:a yksinään ilmentävät HEK-293-solut reagoivat korkeaan sokeripitoisuuteen;50 mielenkiintoista kyllä, näitä vasteita ei havaittu ihmisen T1R3:lla. Nämä knockout-tutkimukset osoittivat yksiselitteisesti T1R-proteiinien T1R2 ja T1R3 keskeisen roolin makean havaitsemisessa ja havaitsemisessa. Vastaavasti kiehtovassa luonnollisessa knockout-tutkimuksessa Felidae-heimo sai varhain evoluution aikana T1R2-geenin toimintakyvyttömyysmutaation ja on sen seurauksena menettänyt makean maun, mikä selittää kissojen välinpitämättömyyden sokeria kohtaan.57
Kuinka näin vähäinen määrä makean reseptoreita voisi selittää makean maun havaitsemisen suuret laji- ja yksilölliset erot? Nämä erot voivat selittyä lajikohtaisilla eroilla geenisekvensseissä ja lajin sisäisillä polymorfismeilla. Heterologisessa ekspressiossa vain ihmisen T1R2/T1R3-reseptorit reagoivat aspartaamiin ja syklamaattiin, kun taas rotan reseptorit eivät reagoineet näihin yhdisteisiin välinpitämättömästi suhtautuvaan rottaan.51 Vielä huomattavampaa on, että ihmisen T1R2-transgeeniä ilmentävä T1R2-null-hiiri reagoi useisiin ihmiselle makeaksi tunnistettuihin molekyyleihin, joihin hiiret suhtautuvat välinpitämättömästi.55 Lajin sisällä useiden hiirikantojen useat polymorfismit lajittelevat selvästi näiden eläinten maistajan ja ei-maistajan asemaa.54,58 Nämä polymorfismit eivät vaikuta estämällä geeniekspressiota tai proteiinien translaatiota, vaan niiden uskotaan pikemminkin häiritsevän kykyä muodostaa dimeerejä tai sitoa makeutusaineita. Ihmisillä T1R3-promoottoriin liittyvät polymorfismit auttavat selittämään tunnettuja eroja sakkaroosin makuherkkyydessä.59
Makeiden reseptoreiden löytämisen myötä esiin noussut toinen paradoksi on se, miten niin harvat reseptorit pystyvät tunnistamaan niin monenlaisia ärsykkeitä kuin hiilihydraatteja, aminohappoja, proteiineja ja keinotekoisia makeutusaineita. Näiden reseptorien rakenne-toimintatutkimuksissa on tunnistettu useita sitovia domeeneja dimeerikompleksin sisällä, mikä selittää, miten näin suuri monimuotoisuus voidaan tavata.60,61 Esimerkiksi T1R2:n Venus flytrap -domeenia tarvitaan aspartaamin ja neotaamin sitoutumiseen, T1R3:n transmembraanidomeenia tarvitaan syklamaattiin,62,63 ja T1R3:n kysteiinirikas alue tarvitaan makeaan proteiiniin brazzeiniin reagoimiseen.64 Laktisoli, makean antagonisti, sitoutuu ihmisen T1R3:n transmembraanidomeenissa olevaan taskuun;65 mielenkiintoista on, että rotan reseptorin transmembraanidomeenin 5 kahden aminohapon muutos selittää reseptorin reagoimattomuuden tälle antagonistille.66 . Tähän mennessä T1R2/T1R3-dimeerin kaikkien neljän domeenin – kahden N-terminaalisen domeenin ja kahden transmembraanisen domeenin – on todettu osallistuvan ligandien sitomiseen, ja kullakin niistä on erilainen affiniteetti vastaaviin ligandeihin.
Monet samat kokeelliset strategiat, jotka vahvistivat T1R2/T1R3:n makean reseptoriksi, ovat vahvistaneet T1R1/T1R3:n umami-reseptoriksi samalla tavalla. Heterologisesti ekspressoituna ihmisen T1R1/T1R3-dimeeri reagoi selektiivisesti l-glutamaattiin,51 kun taas hiiren dimeeri on ligandiensa suhteen monipuolisempi, sillä se reagoi käytännöllisesti katsoen kaikkiin 20 tavanomaisen aminohapon l- (mutta ei d-) enantiomeereihin.48,67 Knockout-tutkimukset dokumentoivat edelleen, että T1R1/T1R3-dimeeri on umami-reseptori. T1R1:n tai T1R3:n tyrehdyttäminen eliminoi käyttäytymis- ja elektrofysiologiset makuvasteet glutamaattiin.55 Lisäksi umami-maulle on ominaista, että ribonukleotidit, kuten inosiini-5′-monofosfaatti (IMP) ja guanosiini-5′-monofosfaatti (GMP), voimistavat sitä. Tämä voimistuminen on havaittu samalla tavalla heterologisessa ilmentymässä, ja se puuttuu T1R1- tai T1R3-kopioidussa hiiressä. Toisin kuin makean maun reseptorin, umami-reseptorin toiminnallisia alueita on tutkittu vähemmän. Käyttämällä kimeerisiä reseptoreita, paikkaohjattua mutageneesiä ja molekyylimallinnusta on ehdotettu yhteistoiminnallista ligandin sitoutumismallia, jossa glutamaatti sitoutuu T1R1:n Venuksen kärpäsloukku-domeeniin (lähellä sarana-aluetta) ja IMP sitoutuu viereiseen paikkaan, joka vakauttaa konformaatiomuutoksen.68
Keskustelua käydään edelleen siitä, onko T1R1/T1R3-dimeeri ainoa toiminnallinen glutamaattireseptori TRC:ssä.50,69 Ennen T1R-perheen löytämistä TRC:ssä ilmentyneen mGluR4-reseptorin ainutlaatuinen typistetty muoto ilmoitettiin umami-reseptoriksi.70 On kuitenkin huomautettu, että tästä reseptorista puuttuu suuri osa Venus flytrap -dominesta, joka on välttämätön glutamaatin sitoutumiselle, ja että siltä puuttuu synergia glutamaatin ja ribonukleotidien kanssa.50 Nämä ominaisuudet tekevät siitä epätodennäköisemmän ehdokkaan umami-reseptoriksi. MSG:n natrium- ja glutamaattivasteiden erottamisen vaikeus, joidenkin T1R3:n knockout-hiirten jäljellä olevat umamivasteet56 ja glutamaattivasteiden väheneminen mGluR-antagonisteille71 jättävät kuitenkin avoimeksi kysymyksen useista umamireseptoreista.