La gustducina es una proteína G asociada con el gusto y el sistema gustativo , que se encuentra en algunas células receptoras del gusto . La investigación sobre el descubrimiento y aislamiento de la gustaducina es reciente. Se sabe que juega un papel importante en la transducción de estímulos amargos, dulces y umami. Sus vías (especialmente para detectar estímulos amargos) son muchas y diversas.
proteína de unión a nucleótidos de guanina, transducción alfa 3 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | GNAT3 | |||||
Gen NCBI | 346562 | |||||
HGNC | 22800 | |||||
OMIM | 139395 | |||||
RefSeq | XM_294370 | |||||
UniProt | A4D1B2 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 7 q21.11 | |||||
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proteína de unión a nucleótidos de guanina (proteína G), polipéptido beta 1 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | GNB1 | |||||
Gen NCBI | 2782 | |||||
HGNC | 4396 | |||||
OMIM | 139380 | |||||
RefSeq | NM_002074 | |||||
UniProt | P62873 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 1 p36.33 | |||||
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proteína de unión a nucleótidos de guanina (proteína G), gamma 13 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | GNG13 | |||||
Gen NCBI | 51764 | |||||
HGNC | 14131 | |||||
OMIM | 607298 | |||||
RefSeq | NM_016541 | |||||
UniProt | Q9P2W3 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 16 p13.3 | |||||
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Una característica intrigante de la gustducina es su similitud con la transducina . Se ha demostrado que estas dos proteínas G son estructural y funcionalmente similares, lo que lleva a los investigadores a creer que el sentido del gusto evolucionó de manera similar al sentido de la vista .
La gustducina es una proteína heterotrimérica compuesta por los productos de GNAT3 (subunidad α), GNB1 (subunidad β) y GNG13 (subunidad γ).
Descubrimiento
La gustducina se descubrió en 1992 cuando se sintetizaron cebadores de oligonucleótidos degenerados y se mezclaron con una biblioteca de ADNc de tejido gustativo . Los productos de ADN se amplificaron mediante el método de reacción en cadena de la polimerasa y se demostró que ocho clones positivos codificaban las subunidades α de las proteínas G (que interactúan con los receptores acoplados a la proteína G ). De estos ocho, se había demostrado previamente que dos codificaban la transducina α de varillas y conos . El octavo clon, α-gustducina, fue exclusivo del tejido gustativo . [1]
Comparaciones con transducina
Al analizar la secuencia de aminoácidos de la α-gustducina, se descubrió que las α-gustducinas y las α-transducinas estaban estrechamente relacionadas. Este trabajo mostró que la secuencia de la proteína de la α-gustducina le da un 80% de identidad tanto con la a-transducina de barra como con la de cono. A pesar de las similitudes estructurales, las dos proteínas tienen funcionalidades muy diferentes.
Sin embargo, las dos proteínas tienen mecanismos y capacidades similares. La transducina elimina la inhibición de cGMP fosfodiesterasa , lo que conduce a la degradación de cGMP. De manera similar, la α-gustducina se une a las subunidades inhibidoras de la fosfodiesterasa cAMP de las células gustativas, lo que provoca una disminución en los niveles de cAMP. Además, los 38 aminoácidos terminales de α-gustducina y α-transducina son idénticos. Esto sugiere que la gustducina puede interactuar con opsina y receptores acoplados a G similares a opsina. Por el contrario, esto también sugiere que la transducina puede interactuar con los receptores del gusto .
Las similitudes estructurales entre la gustducina y la transducina son tan grandes que se utilizó la comparación con la transducina para proponer un modelo del papel y la funcionalidad de la gustducina en la transducción del gusto. [ cita requerida ]
Se han identificado otras subunidades α de la proteína G en las TRC (por ejemplo, Gαi-2, Gαi-3, Gα14, Gα15, Gαq, Gαs) con una función que aún no se ha determinado. [2]
Localización
Si bien se sabía que la gustducina se expresaba en algunas células receptoras del gusto (TRC), los estudios con ratas mostraron que la gustducina también estaba presente en un subconjunto limitado de células que recubren el estómago y el intestino. Estas células parecen compartir varias características de las TRC. Otro estudio con humanos sacó a la luz dos patrones inmunorreactivos para la α-gustducina en el circumavallato humano y las células del gusto foliadas: plasmalemmal y citosólico . Estos dos estudios demostraron que la gustducina se distribuye a través del tejido gustativo y algo de tejido gástrico e intestinal y que la gustducina se presenta en el citoplasma o en las membranas apicales de las superficies de la TRC.
La investigación mostró que los receptores del gusto tipo 2 estimulados por lo amargo (T2R / TRB) solo se encuentran en las células receptoras del gusto positivas para la expresión de gustducina. La α-gustducina se expresa selectivamente en ∼25-30% de las TRC [2]
Evolución del modelo de señalización mediado por gustducina
Debido a su similitud estructural con la transducina, se predijo que la gustducina activaba una fosfodiesterasa (PDE). Se encontraron fosfodieterasas en los tejidos del gusto y su activación se probó in vitro tanto con gustducina como con transducina. Este experimento reveló que tanto la transducina como la gustducina se expresaron en el tejido gustativo (proporción 1:25) y que ambas proteínas G son capaces de activar la PDE retiniana . Además, cuando están presentes con denatonio y quinina, ambas proteínas G pueden activar PDE específicas del sabor. Esto indicó que tanto la gustducina como la transducina son importantes en la transducción de señales de denatonio y quinina.
La investigación de 1992 también investigó el papel de la gustducina en la recepción del sabor amargo mediante el uso de ratones "knock-out" que carecían del gen de la α-gustducina. Una prueba de sabor con ratones knock-out y control reveló que los ratones knock-out no mostraban preferencia entre la comida amarga y regular en la mayoría de los casos. Cuando se reinsertó el gen de la α-gustducina en los ratones knock-out , volvió la capacidad de sabor original.
Sin embargo, la pérdida del gen de la α-gustducina no eliminó por completo la capacidad de los ratones knock-out de probar la comida amarga, lo que indica que la α-gustducina no es el único mecanismo para probar la comida amarga. En ese momento se pensó que un mecanismo alternativo de detección del sabor amargo podría asociarse con la subunidad βγ de la gustducina. Esta teoría se validó más tarde cuando se descubrió que tanto las neuronas gustativas periféricas como las centrales responden típicamente a más de un tipo de estimulante del gusto, aunque una neurona normalmente favorecería a un estimulante específico sobre otros. Esto sugiere que, si bien muchas neuronas favorecen los estímulos de sabor amargo, las neuronas que favorecen otros estímulos como el dulce y el umami pueden ser capaces de detectar estímulos amargos en ausencia de receptores de estimulantes amargos, como ocurre con los ratones knock-out. [ cita requerida ]
Segundos mensajeros IP 3 y cAMP
Hasta hace poco, la naturaleza de la gustducina y sus segundos mensajeros no estaba clara. Sin embargo, estaba claro que la gustducina transducía señales intracelulares. Spielman fue uno de los primeros en observar la velocidad de recepción del sabor, utilizando la técnica de flujo apagado. Cuando las células gustativas se expusieron a los estimulantes amargos denatonio y octaacetato de sacarosa, la respuesta intracelular - un aumento transitorio de IP 3 - ocurrió dentro de 50-100 milisegundos de estimulación. Esto no fue inesperado, ya que se sabía que la transducina era capaz de enviar señales dentro de las células de los bastones y los conos a velocidades similares. Esto indicó que IP 3 fue uno de los segundos mensajeros usados en la transducción del sabor amargo. Más tarde se descubrió que el AMPc también provoca una afluencia de cationes durante la transducción del sabor amargo y algo dulce, lo que lleva a la conclusión de que también actúa como un segundo mensajero de la gustducina. [ cita requerida ]
Transducción amarga
Cuando los receptores T2R / TRB estimulados con amargo activan los heterotrímeros de gustducina, la gustducina actúa para mediar dos respuestas en las células receptoras del gusto : una disminución de los AMPc desencadenada por la α-gustducina y un aumento de IP 3 ( trifosfato de inositol ) y diacilglicerol (DAG) de βγ. -gustducina. [2]
Aunque los siguientes pasos de la vía de la α-gustducina no están confirmados, se sospecha que los cAMP disminuidos pueden actuar sobre las proteínas quinasas que regularían la actividad del canal iónico de las células receptoras del gusto. También es posible que los niveles de cNMP regulen directamente la actividad de los canales activados por cNMP y los canales iónicos inhibidos por cNMP expresados en las células receptoras del gusto. La vía de la βγ-gustducina continúa con la activación de los receptores IP 3 y la liberación de Ca 2+ seguida de la liberación de neurotransmisores . [ cita requerida ]
Modelos de transducción del sabor amargo Se han sugerido varios modelos para los mecanismos relacionados con la transducción de las señales del sabor amargo.
- Receptores de la superficie celular: los experimentos de sujeción de parches han mostrado evidencia de que compuestos amargos como el denatonio y el octaacetato de sacarosa actúan directamente sobre receptores específicos de la superficie celular. [ cita requerida ]
- Activación directa de proteínas G: se ha demostrado que ciertos estimulantes amargos como la quinina activan directamente las proteínas G. Si bien estos mecanismos han sido identificados, [¿ por quién? ] la relevancia fisiológica del mecanismo aún no se ha establecido.
- Activación de PDE: se han demostrado otros compuestos amargos, como tioacetamida y propiltiouracilo [¿ por quién? ] tener efectos estimulantes sobre las PDE. Este mecanismo se ha reconocido en el epitelio de la lengua bovina que contiene papilas fungiformes.
- Inhibición de PDE: se han demostrado otros compuestos amargos [¿ por quién? ] para inhibir la PDE. Se ha demostrado que la bacitracina y el clorhidrato inhiben la PDE en el tejido gustativo bovino.
- Bloqueo de canales: los experimentos de sujeción de parches han demostrado que varios iones amargos actúan directamente sobre los canales de potasio, bloqueándolos. Esto sugiere que los canales de potasio estarían ubicados en la región apical de las células gustativas. Si bien esta teoría parece [¿ por quién? ] válido, sólo se ha identificado en las células gustativas de los cachorros fangosos .
¿Es pensado [ por quién? ] que estos cinco mecanismos diversos se han desarrollado como mecanismos de defensa. Esto implicaría que existen muchos agentes amargos venenosos o dañinos diferentes y existen estos cinco mecanismos para evitar que los humanos los coman o beban. También es posible que algunos mecanismos puedan actuar como copias de seguridad en caso de que falle un mecanismo principal. Un ejemplo de esto podría ser la quinina, que se ha demostrado que inhibe y activa la PDE en el tejido gustativo bovino.
Dulce transducción
Actualmente existen dos modelos propuestos para la transducción del sabor dulce. La primera vía es una vía GPCRG s -cAMP. Esta vía comienza con sacarosa y otros azúcares que activan G s dentro de la célula a través de un GPCR unido a la membrana. El G activado como se activa la adenilato ciclasa para generar AMPc. A partir de este punto, se puede tomar una de dos vías. El cAMP puede actuar directamente para causar un influjo de cationes a través de los canales activados por cAMP o el cAMP puede activar la proteína quinasa A , que provoca la fosforilación de los canales de K +, cerrando así los canales, lo que permite la despolarización de las células gustativas y la posterior apertura de los canales dependientes de voltaje. Canales de Ca 2+ y que provocan la liberación de neurotransmisores [ cita requerida ] .
La segunda vía es una vía GPCR-G q / Gβγ-IP 3 que se usa con edulcorantes artificiales. Los edulcorantes artificiales se unen y activan los GPCR acoplados a PLCβ 2 por α-G q o Gβγ. Las subunidades activadas activan PLCβ 2 para generar IP 3 y DAG. IP 3 y DAG provocan la liberación de Ca 2+ del retículo endoplásmico y provocan la despolarización celular. Una afluencia de Ca 2+ desencadena la liberación de neurotransmisores. Si bien estas dos vías coexisten en las mismas TRC, no está claro cómo los receptores median selectivamente las respuestas de AMPc a los azúcares y las respuestas de IP 3 a los edulcorantes artificiales [ cita requerida ] .
Evolución de los receptores del gusto amargo
De los cinco sabores básicos , tres ( sabores dulce , amargo y umami ) están mediados por receptores de la familia de receptores acoplados a proteína G. Los receptores del gusto amargo de los mamíferos (T2R) están codificados por una familia de genes de solo unas pocas docenas de miembros. Se cree que los receptores del gusto amargo evolucionaron como un mecanismo para evitar la ingestión de sustancias venenosas y nocivas. Si este es el caso, se podría esperar que diferentes especies desarrollen diferentes receptores de sabor amargo en función de las limitaciones dietéticas y geográficas. Con la excepción de T2R1 (que se encuentra en el cromosoma 5 ), todos los genes del receptor del sabor amargo humano se pueden encontrar agrupados en el cromosoma 7 y el cromosoma 12 . El análisis de las relaciones entre los genes del receptor del sabor amargo muestra que los genes del mismo cromosoma están más estrechamente relacionados entre sí que los genes de diferentes cromosomas. Además, los genes en el cromosoma 12 tienen una mayor similitud de secuencia que los genes que se encuentran en el cromosoma 7. Esto indica que estos genes evolucionaron a través de duplicaciones de genes en tándem y que el cromosoma 12, como resultado de su mayor similitud de secuencia entre sus genes, pasó por estos tándem. duplicaciones más recientemente que los genes del cromosoma 7.
Gustducina en el estómago
Un trabajo reciente de Enrique Rozengurt ha arrojado algo de luz sobre la presencia de gustducina en el estómago y el tracto gastrointestinal. [3] Su trabajo sugiere que la gustducina está presente en estas áreas como mecanismo de defensa. Es bien sabido que algunas drogas y toxinas pueden causar daño e incluso ser letales si se ingieren. Ya se ha teorizado que existen múltiples vías de recepción del sabor amargo para evitar la ingestión de sustancias nocivas, pero una persona puede optar por ignorar el sabor de una sustancia. Ronzegurt sugiere que la presencia de gustducina en las células epiteliales del estómago y el tracto gastrointestinal son indicativos de otra línea de defensa contra las toxinas ingeridas. Mientras que las células del gusto en la boca están diseñadas para obligar a una persona a escupir una toxina, estas células del estómago pueden actuar para obligar a una persona a escupir las toxinas en forma de vómito .
Ver también
- transducina
- sistema gustativo
Referencias
- ^ McLaughlin SK, McKinnon PJ, Margolskee RF (junio de 1992). "Gustducin es una proteína G específica de células gustativas estrechamente relacionada con las transducinas". Naturaleza . 357 (6379): 563–9. doi : 10.1038 / 357563a0 . PMID 1608467 . S2CID 4356747 .
- ^ a b c Margolskee RF (enero de 2002). "Mecanismos moleculares de transducción del gusto amargo y dulce" . J. Biol. Chem . 277 (1): 1–4. doi : 10.1074 / jbc.R100054200 . PMID 11696554 .
- ^ Rozengurt E (agosto de 2006). "Receptores del gusto en el tracto gastrointestinal. I. Receptores del gusto amargo y alfa-gustducina en el intestino de los mamíferos". Soy. J. Physiol. Gastrointestinal. Liver Physiol . 291 (2): G171–7. doi : 10.1152 / ajpgi.00073.2006 . PMID 16710053 .
Otras lecturas
- Hoon MA, Northup JK, Margolskee RF, Ryba NJ (julio de 1995). "Expresión funcional de la proteína G específica del gusto, alfa-gustducina" . Biochem. J . 309. (Parte 2) (2): 629–36. doi : 10.1042 / bj3090629 . PMC 1135777 . PMID 7626029 .
- Fischer A, Gilad Y, Man O, Pääbo S (marzo de 2005). "Evolución de los receptores del gusto amargo en humanos y simios" . Mol. Biol. Evol . 22 (3): 432–6. doi : 10.1093 / molbev / msi027 . PMID 15496549 .
- Lindemann B (octubre de 1996). "Quimiorrecepción: saboreando lo dulce y lo amargo". Curr. Biol . 6 (10): 1234–7. doi : 10.1016 / S0960-9822 (96) 00704-X . PMID 8939555 . S2CID 17234116 .
- Lindemann B (abril de 1999). "Receptor busca ligando: en camino a la clonación de los receptores moleculares para el sabor dulce y amargo". Nat. Med . 5 (4): 381–2. doi : 10.1038 / 7377 . PMID 10202923 . S2CID 5650076 .
- Margolskee RF (enero de 2002). "Mecanismos moleculares de transducción del gusto amargo y dulce" . J. Biol. Chem . 277 (1): 1–4. doi : 10.1074 / jbc.R100054200 . PMID 11696554 .
- Spielman AI (abril de 1998). "Gustducin y su papel en el gusto". J. Dent. Res . 77 (4): 539–44. doi : 10.1177 / 00220345980770040601 . PMID 9539456 . S2CID 28730822 .
- Smith DV, Margolskee RF (marzo de 2001). "Dar sentido al gusto". Sci. Am . 284 (3): 32–9. doi : 10.1038 / scientificamerican0301-32 . PMID 11234504 .
- Wong GT, Gannon KS, Margolskee RF (junio de 1996). "Transducción del gusto amargo y dulce por gustducin". Naturaleza . 381 (6585): 796–800. doi : 10.1038 / 381796a0 . PMID 8657284 . S2CID 4232354 .
enlaces externos
- Gustducin en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .