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 gustducina es reciente. Se sabe que desempeña un papel importante en la transducción de estímulos amargos, dulces y umami. Sus vías (especialmente para detectar estímulos amargos) son muchas y diversas.
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 .
Gustducin es una proteína heterotrimérica compuesta por los productos de GNAT3 (subunidad α), GNB1 (subunidad β) y GNG13 (subunidad γ).
Gustducin 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 codifican las subunidades α de las proteínas G (que interactúan con los receptores acoplados a proteínas G ). De estos ocho, se había demostrado previamente que dos codificaban la α- transducina de bastones y conos . El octavo clon, la α-gustducina, era exclusivo del tejido gustativo . [1]
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 demostró que la secuencia de la proteína de la α-gustducina le otorga un 80% de identidad con la a-transducina tanto de bastón como 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. Transducin elimina la inhibición de la fosfodiesterasa de cGMP , lo que conduce a la degradación de cGMP. De manera similar, la α-gustducina se une a las subunidades inhibidoras de la fosfodiesterasa de AMPc de las células gustativas , lo que provoca una disminución en los niveles de AMPc. Además, los 38 aminoácidos terminales de α-gustducina y α-transducina son idénticos. Esto sugiere que la gustducina puede interactuar con la opsina y con los receptores acoplados a G similares a la opsina. Por el contrario, esto también sugiere que la transducina puede interactuar con los receptores gustativos .
Las similitudes estructurales entre gustducina y 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 necesaria ]
Se han identificado otras subunidades α de proteína G en TRC (p. ej., Gαi-2, Gαi-3, Gα14, Gα15, Gαq, Gαs) con una función que aún no se ha determinado. [2]
Si bien se sabía que la gustducina se expresaba en algunas células receptoras del gusto (CRT), 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 CVR. Otro estudio con humanos sacó a la luz dos patrones inmunorreactivos para la α-gustducina en células gustativas circumavaladas y foliadas humanas: plasmalemal y citosólica . Estos dos estudios mostraron que la gustducina se distribuye a través del tejido gustativo y algo de tejido gástrico e intestinal y la gustducina se presenta en el citoplasma o en las membranas apicales de las superficies de la TRC.
La investigación demostró que los receptores del gusto tipo 2 estimulados por el 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 CVR [2]
Debido a su similitud estructural con la transducina, se predijo que la gustducina activaría una fosfodiesterasa (PDE). Se encontraron fosfodieterasas en los tejidos gustativos y su activación se probó in vitro tanto con gustducina como con transducina. Este experimento reveló que tanto la transducina como la gustducina se expresaban 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 utilizando ratones "knock-out" que carecían del gen de la α-gustducina. Una prueba de sabor con ratones knock-out y de control reveló que los ratones knock-out no mostraban preferencia entre la comida amarga y la normal en la mayoría de los casos. Cuando el gen α-gustducina se reinsertó en los ratones knock-out , recuperó la capacidad gustativa original.
Sin embargo, la pérdida del gen de la α-gustducina no eliminó por completo la capacidad de los ratones knock-out para saborear alimentos amargos, lo que indica que la α-gustducina no es el único mecanismo para saborear los alimentos amargos. En ese momento se pensó que un mecanismo alternativo de detección del sabor amargo podría estar asociado con la subunidad βγ de gustducina. Esta teoría se validó más tarde cuando se descubrió que tanto las neuronas gustativas periféricas como las centrales suelen responder a más de un tipo de estimulante del gusto, aunque una neurona normalmente favorecería un estimulante específico sobre otros. Esto sugiere que, si bien muchas neuronas favorecen los estímulos del 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 necesaria ]
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 del flujo apagado. Cuando las células gustativas fueron expuestas a los estimulantes amargos denatonio y octaacetato de sacarosa, la respuesta intracelular (un aumento transitorio de IP 3 ) se produjo entre 50 y 100 milisegundos después de la estimulación. Esto no fue inesperado, ya que se sabía que la transducina era capaz de enviar señales dentro de células de bastones y conos a velocidades similares. Esto indicó que IP 3 era uno de los segundos mensajeros utilizados 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 llevó a la conclusión de que también actuaba como un segundo mensajero de la gustducina. [ cita necesaria ]
Cuando los receptores T2R/TRB estimulados por el 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 la disminución de los AMPc puede 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 necesaria ]
Modelos de transducción del sabor amargo Se han sugerido varios modelos para los mecanismos relacionados con la transducción de señales de sabor amargo.
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 que existen estos cinco mecanismos para evitar que los humanos los coman o beban. También es posible que algunos mecanismos puedan actuar como respaldo 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.
Actualmente existen dos modelos propuestos para la transducción del sabor dulce. La primera vía es la vía GPCRG s -cAMP. Esta vía comienza con la sacarosa y otros azúcares que activan las G dentro de la célula a través de un GPCR unido a una membrana. La G activada activa la adenilil ciclasa para generar AMPc. A partir de este punto, se puede tomar uno de dos caminos. El AMPc puede actuar directamente para provocar una entrada de cationes a través de canales regulados por AMPc o el AMPc puede activar la proteína quinasa A , lo que provoca la fosforilación de los canales de K+, cerrando así los canales, permitiendo la despolarización de la célula gustativa y la posterior apertura de los canales regulados por voltaje. Canales de Ca 2+ y provocan la liberación de neurotransmisores [ cita necesaria ] .
La segunda vía es una vía GPCR-G q /Gβγ-IP 3 que se utiliza con edulcorantes artificiales. Los edulcorantes artificiales se unen y activan los GPCR acoplados a PLCβ 2 mediante 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+ desde el retículo endoplásmico y provocan la despolarización celular. Una entrada 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 ] .
De los cinco sabores básicos , tres ( dulce , amargo y umami ) están mediados por receptores de la familia de receptores acoplados a proteína G. Los receptores del sabor amargo (T2R) de los mamíferos están codificados por una familia de genes de sólo unas pocas docenas de miembros. Se cree que los receptores del sabor 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 según 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 receptores del sabor amargo muestra que los genes del mismo cromosoma están más estrechamente relacionados entre sí que los genes de cromosomas diferentes. Además, los genes del cromosoma 12 tienen una mayor similitud de secuencia que los genes encontrados en el cromosoma 7. Esto indica que estos genes evolucionaron mediante duplicaciones de genes en tándem y que el cromosoma 12, como resultado de su mayor similitud de secuencia entre sus genes, pasó por estos genes en tándem. duplicaciones más recientes que los genes del cromosoma 7.
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 un mecanismo de defensa. Es ampliamente conocido 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 que se ingieran 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 del tracto gastrointestinal es indicativa de otra línea de defensa contra las toxinas ingeridas. Mientras que las células gustativas de 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 .
