26.3.1.1 Receptory T1R: První metabotropní receptory identifikované v chuti byly dva členové rodiny T1R, T1R1 a T1R2 (původně pojmenované TR1 a TR2)41 a byly objeveny pomocí subtraktivních a diferenčních technik jednobuněčného screeningu. Tyto receptory vykazují přibližně 40% vzájemnou homologii a jsou vzdáleně příbuzné s dalšími GPCR, jako jsou receptory vnímající vápník, feromonový receptor V2R a metabotropní glutamátové receptory. Všechny patří do rodiny GPCR třídy C a jejich společným charakteristickým znakem je dlouhá N-koncová extracelulární doména známá jako doména Venušiny pasti. In situ hybridizační experimenty prokázaly, že tyto receptory jsou exprimovány ve 20-30 % TRC v předních a zadních chuťových pohárcích. Dále jsou přítomny téměř u všech obratlovců, ale ne u bezobratlých.39
Původně nebyly ligandy pro tyto receptory známy, ačkoli na základě jejich exprese v přední části jazyka se předpokládala sladká transdukce. Mnozí spekulovali, že geny těchto receptorů budou mapovány na lokus sac, což je oblast na distálním chromozomu 4, u níž bylo již dříve genetickými studiemi zjištěno, že se podílí na sladké chuti u myší. Fuller42 při studiu myších kmenů, které se liší svou náchylností ke konzumaci sladkých roztoků, zjistil, že většina rozdílů v preferenci sacharinu u chutnajících a nechutnajících kmenů (C57BL/6J a DBA/2J) závisí na jediném lokusu označovaném jako sac. Dominantní forma alely koreluje s akutnější preferencí. Pozdější studie zobecnily toto zjištění na další sladké molekuly, jako je acesulfam, dulcin a sacharóza,43,44 a zaznamenaly, že domnělé polymorfismy v genech ovlivňují aktivitu periferních nervů.45 Pomocí genetického mapování s vysokým rozlišením se však T1R1 mapoval proximálně k lokusu sac.46
Identita sac a jeho vztah k rodině receptorů T1R se vyjasnily, když byl objeven třetí člen rodiny, T1R3.47-49 T1R3 je exprimován v předních i zadních polích v TRC, jejichž morfologie odpovídá buňkám typu II. Je koexprimován buď s T1R1, nebo T1R2, ačkoli část TRC exprimujících T1R3 neexprimuje ani jeden z nich.50 Buňky T1R3 jsou koexprimovány s dalšími prvky sladké transdukční kaskády, mezi něž patří α-gustducin a PLCβ2. Experimenty s použitím heterologních expresních systémů ukázaly, že T1R3 vyžaduje koexpresi T1R2, aby plně reagovala na širokou škálu sladkých látek, jako jsou jednoduché cukry, umělá sladidla, d-aminokyseliny a sladké proteiny.48,51 Lidský dimer T1R2/T1R3 reagoval na přibližně dvacet látek, o nichž je známo, že jsou ve fyziologických koncentracích sladké, a byl inhibován laktisolem, antagonistou lidské sladké chuti.51 Kombinací fyzického mapování a vyhledávání v genomových databázích několik skupin identifikovalo T1R3 jako sak v genomech hlodavců a lidí.47-49,51-54
Potvrzení T1R2/T1R3 jako hlavního savčího receptoru sladké chuti bylo získáno ze studií využívajících knockout myší pro geny T1R1, T1R2 nebo T1R3, jakož i dvojitou knockout myš pro geny T1R2 a T1R3. Tyto myši byly testovány pomocí behaviorálních testů s krátkým přístupem a elektrofyziologických záznamů z chorda tympani a glosofaryngeálních nervů.55,56 T1R2-nulové myši vykazovaly ztrátu preferencí a nervových odpovědí na umělá sladidla a výrazně snížené odpovědi na přírodní cukry. Myši T1R3-null ztratily behaviorální a elektrofyziologické odpovědi na umami podněty i umělá sladidla a měly výrazně snížené odpovědi na cukry. Pouze zvíře s dvojitým knokautem zcela ztratilo zbytkové reakce na přírodní cukry, což naznačuje, že T1R2 nebo T1R3 mohou fungovat jako monomer nebo homodimer. Ve skutečnosti buňky HEK-293 exprimující pouze myší T1R3 reagovaly na vysoký obsah cukru;50 zajímavé je, že tyto reakce nebyly pozorovány u lidského T1R3. Tyto knockoutové studie jednoznačně prokázaly zásadní roli proteinů T1R T1R2 a T1R3 při detekci a vnímání sladkého. Podobně ve fascinujícím přirozeném knokautu získala čeleď Felidae na počátku evoluce mutaci se ztrátou funkce v genu T1R2 a následně ztratila sladkou chuť, což vysvětluje lhostejnost koček k cukru.57
Jak by mohlo tak málo sladkých receptorů vysvětlit velké množství druhů a individuálních rozdílů ve vnímání sladké chuti? Tyto rozdíly lze vysvětlit rozdíly v sekvencích genů u jednotlivých druhů a polymorfismem v rámci jednoho druhu. Při heterologní expresi reagovaly na aspartam a cyklamát pouze lidské receptory T1R2/T1R3, zatímco receptory potkana, který je k těmto sloučeninám indiferentní, nereagovaly.51 Ještě pozoruhodnější je, že myš T1R2-null exprimující lidský transgen T1R2 vykazovala reakce na několik molekul, které člověk rozpoznává jako sladké a ke kterým jsou myši indiferentní.55 V rámci druhu několik polymorfismů z několika kmenů myší jasně asortovalo status ochutnávačů a neochutnávačů těchto zvířat.54,58 Tyto polymorfismy nepůsobí blokováním genové exprese nebo translace proteinů, ale spíše se předpokládá, že narušují schopnost tvořit dimery nebo vázat sladidla. U lidí pomáhají polymorfismy spojené s promotorem T1R3 vysvětlit známé rozdíly v citlivosti chuti na sacharosu.59
Dalším paradoxem vyplývajícím z objevu sladkých receptorů je, jak je možné, že tak málo receptorů dokáže rozpoznat tak rozmanitou škálu podnětů, jako jsou sacharidy, aminokyseliny, bílkoviny a umělá sladidla. Strukturně-funkční studie těchto receptorů identifikovaly více vazebných domén v rámci komplexu dimerů, což vysvětluje, jak je možné splnit tak velkou rozmanitost.60,61 Například doména Venušiny pasti T1R2 je nutná pro vazbu aspartamu a neotamu, transmembránová doména T1R3 je nutná pro cyklamát,62,63 a oblast T1R3 bohatá na cystein je nutná pro reakci na sladký protein brazzein.64 Laktisol, antagonista sladkých látek, se váže na kapsu v transmembránové doméně lidského T1R3;65 zajímavé je, že změna dvou aminokyselin v transmembránové doméně 5 krysího receptoru vysvětluje jeho necitlivost k tomuto antagonistovi.66 Dosud byly všechny čtyři domény dimeru T1R2/T1R3 – dvě N-koncové domény a dvě transmembránové domény – zapojeny do vazby ligandů, přičemž každá z nich má odlišnou afinitu k odpovídajícím ligandům.
Mnoho stejných experimentálních strategií, které potvrdily T1R2/T1R3 jako sladký receptor, podobně potvrdilo T1R1/T1R3 jako umami receptor. Při heterologní expresi reaguje lidský dimer T1R1/T1R3 selektivně na l-glutamát,51 zatímco myší dimer je mezi svými ligandy promiskuitnější a reaguje prakticky na všechny l- (ale ne d-) enantiomery 20 standardních aminokyselin.48,67 Studie knockoutu dále dokumentují dimer T1R1/T1R3 jako umami receptor. Knokaut T1R1 nebo T1R3 eliminuje behaviorální a elektrofyziologickou chuťovou odpověď na glutamát.55 Kromě toho je charakteristickým rysem umami chuti její potenciace ribonukleotidy, jako je inosin-5′-monofosfát (IMP) a guanosin-5′-monofosfát (GMP). Tato potenciace je podobně pozorována při heterologní expresi a chybí u myší s knockoutem T1R1 nebo T1R3. Na rozdíl od receptoru sladké chuti jsou funkční domény umami receptoru méně prozkoumané. Pomocí chimérických receptorů, mutageneze řízené na místě a molekulárního modelování byl navržen model kooperativní vazby ligandu, kdy se glutamát váže na doménu Venušiných mušek T1R1 (v blízkosti oblasti závěsu) a IMP se váže na sousední místo stabilizující konformační změnu.68
Stále se diskutuje o tom, zda je dimer T1R1/T1R3 jediným funkčním glutamátovým receptorem v TRC.50,69 Před objevením rodiny T1R byla jako umami receptor uváděna jedinečná zkrácená forma receptoru mGluR4 exprimovaná v TRC.70 Poukazuje se však na to, že tomuto receptoru chybí velká část domény Venušiny pasti, která je nezbytná pro vazbu glutamátu, a postrádá synergii pro glutamát a ribonukleotidy.50 Tyto vlastnosti jej činí méně pravděpodobným kandidátem na umami receptor. Nicméně obtížnost disociace sodíkových a glutamátových reakcí na MSG, zbytkové umami reakce u některých myší s knockoutem T1R356 a snížení glutamátových reakcí na antagonisty mGluR71 ponechávají otázku více umami receptorů otevřenou.
.