Карта сладкого рецептора языка может привести к новым способам снизить тягу к сахару

Средний человек в США потребляет более 100 фунтов сахара в год. Учёные из Колумбийского университета сделали важный шаг в решении этой проблемы общественного здравоохранения. Впервые они определили 3D-структуру человеческого рецептора сладкого вкуса — молекулярной машины, позволяющей нам ощущать сладкое. Это открытие может привести к созданию новых регуляторов рецептора, которые изменят нашу тягу к сахару.

Исследование, опубликованное в Cell, показало, что искусственные подсластители, используемые сегодня, не меняют существенно наше желание потреблять сахар. Зная структуру рецептора, можно спроектировать что-то лучшее.

Сладкие рецепторы на языке могут обнаруживать множество различных химических веществ — от обычного столового сахара (сахарозы) до антимикробных ферментов в куриных яйцах. В отличие от рецепторов горького, кислого и других вкусов, наши сладкие сенсоры эволюционировали, чтобы быть не очень чувствительными. Это заставляет нас потреблять много сладкого для удовлетворения потребности.

Определение структуры рецептора стало ключом к пониманию того, как он помогает обнаруживать сладкий вкус. Более 20 лет назад Чарльз Цукер и его коллеги обнаружили гены, отвечающие за рецептор сладкого вкуса у млекопитающих. Однако до сих пор никто не знал его точной формы.

Новая работа картирует структуру рецептора с беспрецедентной детализацией — с разрешением до 2.8 ангстрем (для сравнения, самый маленький атом, водород, имеет ширину чуть более 1 ангстрема).

На создание карты ушло около трёх лет, в основном из-за сложностей с выращиванием этого белка в лабораторных чашках. Для получения очищенного белка потребовалось более 150 различных препаратов.

Для анализа учёные использовали крио-электронную микроскопию (cryo-EM). Этот метод позволяет делать снимки молекул, замороженных в растворе, с разных ракурсов и воссоздавать их трёхмерные структуры на атомном уровне.

Крио-ЭМ выявила связывающий карман рецептора — полость, к которой прикрепляются сладкие вещества, запуская цепь реакций, вызывающих сильный аппетит к сладкому. Точное определение формы этого кармана жизненно важно для понимания функции рецептора.

Человеческий рецептор сладкого вкуса состоит из двух основных половин. Одна из них, названная TAS1R2, содержит связывающий карман, компонент, напоминающий венерину мухоловку.

Учёные определили структуру рецептора, связанного с двумя наиболее часто используемыми искусственными подсластителями — аспартамом и сукралозой, которые в 200 и 600 раз слаще сахарозы соответственно.

Затем исследователи систематически изменяли крошечные части рецептора, что помогло пролить свет на роль каждой из них в связывании подсластителей.

Хотя рецептор сладкого вкуса в основном находится во вкусовых почках рта, он также рассеян по всему телу, где может играть роль в функции таких органов, как поджелудочная железа. Новая карта структуры этого рецептора может поддержать исследования нашего метаболизма, а также таких расстройств, как диабет.