Трансдукция вкусового сигнала

Основополагающей функцией вкусовых рецепторных клеток является распознавание вкусовых веществ (ионов и молекул, содержащихся в пище) - трансдукция - и кодирование информации об их концентрации и вкусовой модальности для дальнейшего анализа в соответствующих структурах мозга (Gilbertson et al., 2000; Herness and Chen, 2000). Для трансдукции вкусовых стимулов в настоящий момент общепризнанна множественность механизмов, которые можно разбить на две условные группы. Во-первых, предполагается, что при воздействии солёных и кислых стимулов для образования и передачи сигнала во вкусовой клетке достаточно модуляции ионных потоков через апикальную мембрану, обусловленной изменением ионного состава среды (Na+, в случае солёного; Н*, в случае кислого стимула) во вкусовой поре (Lindemann, 1996; Herness and Gilberson, 1999). Во-вторых, большинство сладких и горьких веществ (а так же ряд аминокислот) активируют хеморецепторный путь передачи сигнала. Предполагается, что в этом случае внешний стимул связываясь с трансмембранным G-белок связывающимся рецептором (GPCR, G-protein coupled receptor) (Lindemann, 2001), переводит его в возбужденное состояние, находясь в котором рецептор катализирует диссоциацию нескольких сотен гетеротримерных G-белков на а-субъединицу и комплекс Ру-субъединиц. Каждый из них может регулировать активность ионных каналов и/или эффекторных ферментов, которые генерируют внутриклеточные сигналы, что в свою очередь приводит к передаче вкусового сигнала далее от вкусовой клетки. (Herness and Gilberson, 1999; Lindemann 2001; Margolskee 2002). Следует отметить, что прогресс последнего десятилетия в области молекулярной биологии, иммуногистохимии и электрофизиологии вкусового органа позволил идентифицировать многие эффекторные молекулы его сигнальных каскадов. Так, одними из первых были идентифицированы восемь а-субъединиц G-белков, которые являются своего рода визитной карточкой сигнального каскада. Наиболее представлено семейство Gi/Go, четыре представителя которого экспрессируются во вкусовых клетках: а-гастдуцин, а-трансдуцин. О гастдуцине: поведенческие эксперименты и регистрации от вкусового нерва показывают, что мыши, у которых была подавлена (knock out) экспрессия гастдуцина, оказались на два порядка менее чувствительны к горьким и сладким (но не к соленым и кислым) веществам по сравнению с мышами дикого типа (Wong et al., 1996). Это однозначно говорит о принципиальной роли гастдуцина в формировании горького и сладкого вкуса. Методом single cell RT-PCR анализировалась экспрессия субъединиц G-белков, и было показано, что гастдуцин, скорее всего, состоит из а-гастдуцина и Ру-субъединиц (Huang et al., 1999), причем а-субъединица, скорее всего, активирует фосфодиэстеразу (PDE), а Ру-комплекс контролирует фосфолипазу С (PLC) (Margolskee, 2002). Гастдуцин экспрессируется преимущественно в клетках типа II (Boughteral., 1997; Sbarbati et al., 1999; Smith et al., 1999; Yang et al., 2000b), что является необходимым условием для нормального рецептирования сладких и горьких стимулов (Wong et al., 1995; Ruiz-Avila et al., 2001). Поэтому гасдуцин-положительные клетки типа II могут быть хеморецепторными, однако они не формируют синапсы с эфферентными волокнами; возможно, они секретируют сигнальные молекулы, чтобы, например, модулировать активность соседних вкусовых клеток.

Эти и перечисленные выше данные говорят о том, что потенциально возбуждение вкусовых клеток может происходить путем модуляции активности ионных каналов G-белками или в результате изменения внутриклеточной концентрации циклических нуклеотидов, или за счет генерации инозитолтрифосфата (1Р3) и мобилизации Са2+ (Ogura et al., 2002). Действительно, многие элементы циклонуклеотидного и фосфоинозитидного каскадов найдены во вкусовых клетках, и в частности: аденилатциклаза (AC) (Abaffy, et al., 2003), PDE (Kinnamon and Margolskee, 1996), циклонуклеотид-зависимые каналы (Kaupp and Seifert, 2002, Wei et al., 1998), PLC (Asano-Miyoshia et al., 2000, Rossler et al., 1998), 1Р3-рецепторы (Yan et al., 2001) и TRP-каналы (Zhang, et al., 2003). Однако вклад этих каскадов в возбуждение вкусовых клеток химическими стимулами фактически не исследован и мало известно о том, какие рецепторы контролируют активность этих сигнальных систем.