Ученые используют ИИ для расшифровки структур белков, отвечающих за восприятие горького вкуса

Рецепторы горького вкуса (T2Rs) отвечают за ощущение горечи. Помимо тканей ротовой полости, эти рецепторы также экспрессируются в нейроподных клетках желудочно-кишечного тракта, которые передают сигналы от кишечника к мозгу. Таким образом, T2Rs могут играть ключевую роль в поддержании оси "кишечник–мозг".

На сегодня идентифицировано 25 типов человеческих T2Rs. Однако из-за сложностей структура большинства из них до сих пор не расшифрована. Для точного понимания структуры белков используются модели прогнозирования на основе ИИ. Ранее для расшифровки структур T2Rs применялась удостоенная Нобелевской премии модель AlphaFold2 (AF2). С развитием технологий модель была обновлена до последней версии — AlphaFold3 (AF3), которая позволяет проводить более детальное структурное предсказание.

Группа исследователей под руководством профессора Наоми Осакабе из Технологического института Сибаура решила проанализировать структуру T2Rs с помощью модели AF3 и сравнить точность с результатами прогноза на основе AF2, а также с доступными трёхмерными структурами двух рецепторов — T2R14 и T2R46.

Методология исследования

Учёные получили аминокислотные последовательности всех человеческих T2Rs из базы данных UniProt и использовали модель AF3 для предсказания их трёхмерных структур. Для сравнения были получены ранее сгенерированные данные прогноза AF2 из базы данных AlphaFold. Экспериментально определённые структуры T2R14 и T2R46 были взяты из Банка данных белков (Protein Data Bank, PDB). Для визуализации, совмещения и оценки точности структур использовались различные программные инструменты.

Ключевые результаты

• Анализ показал, что AF3 обеспечивает стабильно более точные структурные предсказания, чем AF2.
• Для T2R14 прогнозы сравнивались со 115 крио-ЭМ структурами, и AF3 показал более высокое соответствие экспериментальным данным.
• Для T2R46 сравнение с тремя экспериментально разрешёнными структурами подтвердило, что AF3 достиг наиболее близкого соответствия во всех случаях.

Исследование также проанализировало сходства в структуре T2Rs. Часть белка остаётся внутри клетки (внутриклеточная область), а другая часть — снаружи (внеклеточная область). Взаимодействие с сигнальными молекулами происходит во внеклеточной области. Исследование показало, что внутриклеточные области T2Rs имеют больше структурных сходств и согласованности. Внеклеточная область рецепторов демонстрирует значительные структурные вариации.

«Кластеризация белков основана на их структурном сходстве и различии. Основываясь на наших выводах, мы разделили T2Rs на три различных кластера», — заявляет профессор Осакабе. Эти паттерны могут помочь исследователям понять, как функционируют разные T2Rs и почему определённые рецепторы реагируют на специфические соединения.

Структура T2Rs, вероятно, позволяет им распознавать тысячи различных горьких веществ через взаимодействие с другим специфичным для вкусовых рецепторов G-белком, α-густдуцином.

«Учитывая вовлечённость рецепторов в обнаружение горьких вкусовых веществ и поддержание оси "кишечник–мозг", это может играть важную роль в исследованиях в области здоровья и фармацевтики, особенно направленных на такие болезни образа жизни, как диабет», — отметила профессор Осакабе, объясняя важность этого исследования.

Дальнейшие исследования, посвящённые взаимосвязи между последовательностью и структурой T2Rs, а также тому, как варьируется индивидуальное восприятие вкуса, помогут получить более полное понимание функции T2R.

Исследование опубликовано в журнале Current Research in Food Science.