26.3.1.1 A T1R receptorok: Az első metabotróp receptorok, amelyeket az ízlelésben azonosítottak, a T1R család két tagja, a T1R1 és T1R2 (eredeti nevük TR1 és TR2),41 és szubtraktív és differenciális egysejtes szűrési technikákkal fedezték fel őket. Ezek a receptorok körülbelül 40%-os homológiát mutatnak egymással, és távoli rokonságban állnak más GPCR-ekkel, például a kalciumérzékelő receptorral, a V2R feromonreceptorral és a metabotróp glutamátreceptorokkal. Mindegyikük a C osztályú GPCR család tagja, és közös jellemzőjük a hosszú N-terminális extracelluláris domén, az úgynevezett Vénusz légycsapda-domén. In situ hibridizációs kísérletek megállapították, hogy ezek a receptorok a TRC-k 20-30%-ában expresszálódnak az elülső és hátsó ízlelőbimbókban. Továbbá szinte minden gerincesben jelen vannak, de gerinctelenekben nem.39
Eredetileg e receptorok ligandumai ismeretlenek voltak, bár az elülső nyelvben való expressziójuk alapján édes transzdukciót feltételeztek. Sokan azt feltételezték, hogy ezeknek a receptoroknak a génjei a sac locusra térképeződnek, a 4. kromoszóma disztális kromoszómáján lévő régióra, amelyet korábban genetikai vizsgálatok során az egereknél az édes ízleléssel kapcsolatban azonosítottak. Fuller42 az édes oldatok fogyasztására való hajlandóságukban eltérő egértörzseket vizsgálva megállapította, hogy az ízlelő és nem ízlelő törzsek (C57BL/6J, illetve DBA/2J) szacharinpreferenciájában a legtöbb különbség egyetlen, sac-nak nevezett lókuszon múlik. Az allél domináns formája korrelál a hevesebb preferenciával. Későbbi vizsgálatok általánosították ezt a megállapítást további édes molekulákra, például aceszulfámra, dulcinra és szacharózra,43,44 és megjegyezték, hogy a gének feltételezett polimorfizmusai befolyásolják a perifériás idegek aktivitását.45 Nagyfelbontású genetikai térképezéssel azonban a T1R1 a sac lókuszhoz proximalisan térképeződött le.46
A sac azonossága és a T1R receptorcsaláddal való kapcsolata akkor vált világossá, amikor felfedezték a család harmadik tagját, a T1R3-at.47-49 A T1R3 mind az elülső, mind a hátsó mezőkben kifejeződik a TRC-kben, amelyek morfológiája megfelel a II-es típusú sejteknek. Együtt expresszálódik a T1R1-gyel vagy a T1R2-vel, bár a T1R3-at expresszáló TRC-k egy része egyiket sem.50 A T1R3 sejtek együtt expresszálódnak az édes transzdukciós kaszkád más elemeivel, köztük az α-gusztducinnal és a PLCβ2-vel. Heterológ expressziós rendszerekkel végzett kísérletek kimutatták, hogy a T1R3-nak szüksége van a T1R2 koexpressziójára ahhoz, hogy teljes mértékben reagáljon a legkülönbözőbb édes anyagokra, például egyszerű cukrokra, mesterséges édesítőszerekre, d-aminosavakra és édes fehérjékre.48,51 A humán T1R2/T1R3 dimer fiziológiás koncentrációban körülbelül húsz édesnek ismert vegyületre reagált, és gátolta a laktiszol, egy humán édes íz antagonista.51 Fizikai térképezés és genom-adatbázisok bányászatának kombinációjával több csoport is azonosította a T1R3-at, mint sac-ot a rágcsálók és az ember genomjában.47-49,51-54
A T1R2/T1R3 mint az emlősök fő édes íz receptorának igazolását olyan vizsgálatokból nyerték, amelyekben a T1R1, T1R2 vagy T1R3 gének knockout egereket, valamint a T1R2 és T1R3 gének kettős knockout egerét használták. Ezeket az egereket rövid hozzáférésű viselkedési vizsgálatokkal és a chorda tympani és a glossopharyngealis idegek elektrofiziológiai rögzítésével vizsgálták.55,56 A T1R2-null egereknél a mesterséges édesítőszerekre adott preferencia és neurális válaszok elvesztek, a természetes cukrokra adott válaszok pedig jelentősen csökkentek. A T1R3-null egerek elvesztették a viselkedési és elektrofiziológiai válaszokat mind az umami ingerekre, mind a mesterséges édesítőszerekre, és jelentősen csökkentek a cukrokra adott válaszok. Csak a kettős knockout állat vesztette el teljesen a természetes cukrokra adott maradék válaszokat, ami arra utal, hogy a T1R2 vagy a T1R3 monomerként vagy homodimerként működhet. Valójában az egér T1R3-at egyedül expresszáló HEK-293 sejtek reagáltak a magas cukortartalomra;50 érdekes módon ezek a válaszok nem voltak megfigyelhetők a humán T1R3 esetében. Ezek a knockout vizsgálatok egyértelműen bizonyították a T1R fehérjék T1R2 és T1R3 alapvető szerepét az édes érzékelésében és észlelésében. Hasonlóképpen, egy lenyűgöző természetes knockout során a Felidae család az evolúció korai szakaszában szerzett egy funkcióvesztéses mutációt a T1R2 génben, és ennek következtében elvesztette az édes ízlelést, ami megmagyarázza a macskák cukor iránti közömbösségét.57
Hogyan magyarázza ennyire kevés édes receptor az édes íz érzékelés nagyszámú faji és egyéni különbségét? Ezeket a különbségeket a fajon belüli génszekvenciák eltérései és a fajon belüli polimorfizmusok magyarázhatják. Heterológ expresszióban csak a humán T1R2/T1R3 reagált az aszpartámra és a ciklamátra, míg az e vegyületek iránt indifferens patkányból származó receptorok nem.51 Még figyelemreméltóbb, hogy a humán T1R2 transzgént expresszáló T1R2-null egér számos olyan, az ember által édesnek elismert molekulára mutatott választ, amelyekre az egerek indifferensek.55 Egy fajon belül több egeretörzsből származó többszörös polimorfizmusok egyértelműen összeválogatják az állatok ízlelő és nem ízlelő státuszát.54,58 Ezek a polimorfizmusok nem a génexpresszió vagy a fehérje transzláció gátlásával hatnak, hanem feltehetően inkább a dimerek kialakításának vagy az édesítőszerek megkötésének képességét zavarják. Emberekben a T1R3 promóterhez kapcsolódó polimorfizmusok segítenek megmagyarázni a szacharózzal szembeni ízérzékenység jól ismert különbségeit.59
Az édes receptorok felfedezése során felmerülő másik paradoxon az, hogy hogyan képes olyan kevés receptor olyan sokféle inger felismerésére, mint a szénhidrátok, aminosavak, fehérjék és mesterséges édesítőszerek. E receptorok szerkezeti-funkcionális vizsgálatai több kötődomént azonosítottak a dimer komplexen belül, ami megmagyarázza, hogyan találkozhatunk ilyen nagy változatossággal.60,61 Például a T1R2 Vénusz légycsapda doménje szükséges az aszpartám és a neotám kötődéséhez, a T1R3 transzmembrán doménje szükséges a ciklamáthoz,62,63 és a T1R3 ciszteinben gazdag régiója szükséges a brazzein édes fehérjére való reagáláshoz.64 A laktiszol, egy édes antagonista, a humán T1R3 transzmembrán doménjében lévő zsebhez kötődik;65 érdekes módon a patkány receptor transzmembrán 5 doménjében két aminosav cseréje magyarázza a receptor érzéketlenségét erre az antagonistára66. A mai napig a T1R2/T1R3 dimer mind a négy doménje – a két N-terminális domén és a két transzmembrán domén – részt vesz a ligandumok kötésében, mindegyik különböző affinitással a megfelelő ligandumokhoz.
Azok a kísérleti stratégiák, amelyek megerősítették, hogy a T1R2/T1R3 az édes receptor, hasonlóan megerősítették, hogy a T1R1/T1R3 az umami receptor. Heterológ expresszió esetén a humán T1R1/T1R3 dimer szelektíven reagál az l-glutamátra,51 míg az egér dimer sokkal promiszkuzívebb a ligandumok között, a 20 standard aminosav gyakorlatilag minden l- (de nem d-) enantiomerjére reagál.48,67 A knockout vizsgálatok tovább dokumentálják a T1R1/T1R3 dimert mint umami receptort. A T1R1 vagy T1R3 kiütése megszüntette a glutamátra adott viselkedési és elektrofiziológiai ízérzékelési válaszokat.55 Az umami íz jellegzetessége továbbá, hogy a ribonukleotidok, például az inozin-5′-monofoszfát (IMP) és a guanozin-5′-monofoszfát (GMP) potenciálja. Ez a potenciálás hasonlóan megfigyelhető heterológ expresszióban, és hiányzik a T1R1 vagy T1R3 knockout egerekben. Az édes íz receptorral ellentétben az umami receptor funkcionális tartományai kevésbé feltártak. Kimérikus receptorok, hely-irányított mutagenezis és molekuláris modellezés segítségével egy kooperatív ligandumkötési modellt javasoltak, amelyben a glutamát a T1R1 Vénusz légycsapda doménjéhez kötődik (a zsanér régióhoz közel), az IMP pedig egy szomszédos helyre kötődik, stabilizálva a konformációs változást.68
Még mindig vita van arról, hogy a T1R1/T1R3 dimer az egyetlen funkcionális glutamát receptor a TRC-kben.50,69 A T1R család felfedezése előtt a TRC-kben expresszálódó mGluR4 receptor egy egyedi csonka formáját jelentették umami receptorként.70 Rámutattak azonban, hogy ebből a receptorból hiányzik a Vénusz légycsapda domén nagy része, amely elengedhetetlen a glutamátkötéshez, és hiányzik a glutamát és a ribonukleotidok szinergiája.50 Ezek a tulajdonságok kevésbé teszik valószínűvé, hogy az umami receptor jelöltje. Mindazonáltal az MSG-re adott nátrium- és glutamátválaszok disszociációjának nehézsége, a maradék umami-válaszok néhány T1R3 knockout egérben56 , valamint az mGluR antagonistákra adott glutamátválaszok csökkenése71 nyitva hagyja a többszörös umami-receptorok kérdését.