Suche nach Geschmacksrezeptoren bringt süßen Erfolg

Suche nach Geschmacksrezeptoren bringt süßen Erfolg
Suche nach Geschmacksrezeptoren bringt süßen Erfolg
Anonim

6. April 2000 - Forscher des Howard Hughes Medical Institute (HHMI) an der Harvard Medical School haben biochemische Hinweise als Leitfaden zum Durchsuchen riesiger Datenbanken mit genetischen Sequenzen verwendet und eine Familie von Kandidatengenen bei Menschen und Mäusen identifiziert, die codieren Rezeptoren, die bitter schmeckende Chemikalien wahrnehmen.

Laut den Forschern ebnet die Entdeckung den Weg für die Identifizierung weiterer Rezeptoren, die bittere und süße Geschmäcker wahrnehmen. Der Befund gibt den Forschern auch neue Sonden, mit denen sie die Verdrahtung der Geschmackswahrnehmungswege im Gehirn selbst verfolgen können.

Linda Buck, eine HHMI-Forscherin an der Harvard Medical School, und ihre Kollegen Hiroaki Matsunami und Jean-Pierre Montmayeur veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Ausgabe von Nature vom 6. April 2000.

Die Entdeckung von Bittergeschmacksrezeptorgenen durch die Gruppe von Buck ergänzt die kürzlich veröffentlichten Ergebnisse derselben Genfamilie eines anderen Forschungsteams unter der Leitung des HHMI-Forschers Charles Zuker an der University of California, San Diego. Zukers Team veröffentlichte seine Ergebnisse in der Ausgabe der Zeitschrift Cell vom 17. März 2000.

Rezeptoren sind Proteine, die sich in die Zelloberfläche einnisten und spezifische Chemikalien binden, ähnlich wie ein Schlüssel in ein Schloss passt. Wenn sie durch eine Chemikalie aktiviert werden, lösen Rezeptoren molekulare Signale innerhalb einer Zelle aus, die den Stoffwechsel der Zelle verändern. Im Fall von Geschmacksrezeptoren lösen Chemikalien, die auf die Geschmacksknospen einwirken, Nervenimpulse aus, die zum Gehirn wandern, wo Geschmacksinformationen verarbeitet werden.

Buck und ihre Kollegen begannen ihre Suche, indem sie sich auf frühere Entdeckungen anderer Geschmackswissenschaftler stützten, darunter Robert Margolskee, ein HHMI-Forscher an der Mount Sinai School of Medicine.Margolskee hatte Beweise dafür erh alten, dass Rezeptoren für bittere und süße Chemikalien an ein gemeinsames Signalmolekül innerhalb der Zelle gekoppelt waren – ein G-Protein, das er Gustducin nannte. Als sie die Suche nach den Genen starteten, die solche geschmacksbezogenen G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) exprimieren, stellten Buck und ihre Kollegen die Theorie auf, dass solche Rezeptoren entfernt mit anderen Rezeptoren im Körper verwandt sein würden, die mit anderen G-Proteinen signalisieren.

"Beim Geruchssinn haben wir zuvor tausend verschiedene, aber verwandte Geruchsrezeptoren gefunden", sagte Buck. „Interessanterweise koppeln diese Rezeptoren alle an die gleichen Moleküle innerhalb der Zelle, um ein Signal zu übertragen. Wir vermuteten, dass dasselbe für den Geschmack gelten würde.“

Buck und ihre Kollegen beschränkten ihre Suche nach geschmacksbezogenen GPCRs auf eine Region eines Mauschromosoms, von der andere Wissenschaftler herausgefunden hatten, dass sie an der Fähigkeit beteiligt ist, einen bestimmten Bitterstoff zu schmecken. Mithilfe der Website von Jackson Laboratory Mouse Genome Informatics lokalisierte das Team von Buck die vielversprechende geschmacksbezogene DNA-Region namens SOA im Mausgenom und stellte fest, dass sich die entsprechende Region beim Menschen an einer bestimmten Stelle auf dem menschlichen Chromosom 12 befand.Mithilfe der Human Genome Sequence (HGS)-Datenbank des National Center for Biotechnology Information scannten sie dann diese Region von Chromosom 12 nach Genen, die neue Rezeptoren spezifizieren, die entfernt mit bekannten GPCRs verwandt sind.

Dazu nutzten die Wissenschaftler eine andere Datenbank mit Gensequenzdaten für bekannte GPCRs. Sie verglichen eine Reihe von GPCR-Genen mit den für Chromosom 12 verfügbaren DNA-Sequenzen, um Ähnlichkeiten zu erkennen. Die Computeranalyse ergab eine leichte Ähnlichkeit zwischen einem bestimmten GPCR-Gen für einen chemischen Rezeptor und einem Chromosom 12-Gen in der Fokusregion. Unter Verwendung des Gens von Chromosom 12 für weitere Scans entdeckten sie eine Gruppe verwandter, aber unterschiedlicher Gene in derselben chromosomalen Region.

"Es war wie Magie", sagte Buck. "Plötzlich tauchten all diese Rezeptorgene auf, die verwandt waren, und es gab einen ganzen Cluster auf Chromosom 12." Eine weitere Untersuchung der HGS-Datenbank ergab auch verwandte GPCRs auf den Regionen der Chromosomen 7 und 5 – letzteres enthält eine DNA-Region, die die Fähigkeit einer Person regelt, eine bestimmte bittere Chemikalie zu schmecken.

"Wir sind sicher, dass diese Rezeptoren nur die Spitze des Eisbergs sind", sagte Buck und wies darauf hin, dass weitere Geschmacksrezeptorgene auftauchen werden, wenn das Human Genome Project abgeschlossen ist. „Geruchsrezeptoren sind bekanntermaßen über das gesamte menschliche Genom verstreut, und wir glauben, dass dasselbe für Geschmacksrezeptoren gilt. Wir sagen voraus, dass es wahrscheinlich 50 bis 100 dieser Rezeptoren gibt.“

Die Entdeckung der möglichen Geschmacksrezeptoren ist wahrscheinlich nur der Anfang einer langen Erforschung des Geschmackssinns, sagte Buck.

"Diese Ergebnisse ebnen den Weg für ein molekulares Verständnis des Geschmacks", sagte sie. „Zum Beispiel wissen wir nicht, wie Geschmacksrezeptoren so viele verschiedene Chemikalien mit unterschiedlichen Strukturen erkennen und sie dennoch alle als denselben Geschmack wahrnehmen können, ob bitter oder süß.

"Außerdem haben wir mit diesen Rezeptoren jetzt die Werkzeuge, um neuronale Signale für einen bestimmten Geschmack den ganzen Weg von den Geschmacksknospen über viele Verbindungen bis ins Gehirn zu verfolgen.Und dann hoffen wir zu sehen, wohin die Informationen des Rezeptors eigentlich zielen und wie sie im Gehirn organisiert sind, und letztendlich etwas über die Wahrnehmung unterschiedlicher Geschmäcker zu lernen."

Zu den vielen möglichen praktischen Vorteilen, sagte Buck, könnte die Entwicklung von Chemikalien gehören, die den bitteren Geschmack von Medikamenten blockieren, was die Wahrscheinlichkeit erheblich erhöhen würde, dass Patienten ihre Medikamentenbehandlung beibeh alten.

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