La gustducina es una proteína G asociada al gusto y al sistema gustativo , que se encuentra en algunas células receptoras del gusto . La investigación sobre el descubrimiento y aislamiento de la gustducina es reciente. Se sabe que desempeña un papel importante en la transducción de los estímulos amargos, dulces y umami. Sus vías (especialmente para detectar los 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 .
La gusducina es una proteína heterotrimérica compuesta por los productos de GNAT3 (subunidad α), GNB1 (subunidad β) y GNG13 (subunidad γ).
La gustducina se descubrió en 1992 cuando se sintetizaron oligonucleótidos degenerados y se mezclaron con una biblioteca de ADNc del 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 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 proteica de la α-gustducina le otorga un 80% de identidad con la α-transducina de conos y bastones. 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 la cGMP Phosphodiesterase , lo que conduce a la descomposición de cGMP. De manera similar, la α-gustducina se une a las subunidades inhibidoras de la cAMP Phosphodiesterase de la célula gustativa, lo que provoca una disminución en los niveles de cAMP. Además, los 38 aminoácidos terminales de la α-gustducina y la α-transducina son idénticos. Esto sugiere que la gustducina puede interactuar con la opsina y los receptores acoplados a G similares a la 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 la comparación con la transducina se utilizó 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]
Aunque 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 las células gustativas circunvaladas y foliadas humanas: plasmalemal y citosólico . Estos dos estudios mostraron que la gustducina se distribuye a través del tejido gustativo y algunos tejidos gástricos e intestinales y que la gustducina se presenta en el citoplasma o en las membranas apicales de las superficies de las TRC.
Las investigaciones han demostrado que los receptores gustativos 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 aproximadamente el 25-30 % de los TRC [2].
Debido a su similitud estructural con la transducina, se predijo que la gustducina activaba una fosfodiesterasa (PDE). Se encontraron fosfodiesterasas en los tejidos del gusto y se probó su activación in vitro tanto con gustducina como con transducina. Este experimento reveló que tanto la transducina como la gustducina se expresaban en el tejido del gusto (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 gusto. Esto indicó que tanto la gustducina como la transducina son importantes en la transducción de señales del denatonio y la quinina.
La investigación de 1992 también investigó el papel de la gustducina en la percepción 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 los alimentos amargos y los normales en la mayoría de los casos. Cuando se reinsertó el gen de la α-gustducina en los ratones knock-out , la capacidad de sabor original regresó.
Sin embargo, la pérdida del gen α-gustducina no eliminó por completo la capacidad de los ratones knock-out para percibir el sabor amargo, lo que indica que la α-gustducina no es el único mecanismo para percibir el sabor amargo. En ese momento se pensó que un mecanismo alternativo de detección del sabor amargo podría estar asociado con la subunidad βγ de la gustducina. Esta teoría fue validada 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 típicamente preferiría un estimulante específico sobre otros. Esto sugiere que, mientras que 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 estimulantes amargos, como sucedió con los ratones knock-out. [ cita requerida ]
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 gusto, 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 IP3 ) 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 las células de los bastones y los conos a velocidades similares. Esto indicó que IP3 era uno de los segundos mensajeros utilizados en la transducción del sabor amargo. Más tarde se descubrió que el AMPc también causa una afluencia de cationes durante la transducción del sabor amargo y algo del dulce, lo que llevó a la conclusión de que también actuaba como segundo mensajero de la gustducina. [ cita requerida ]
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 la βγ-gustducina. [2]
Aunque no se han confirmado los pasos siguientes de la vía de la α-gustducina, se sospecha que la disminución de los AMPc puede actuar sobre las proteínas quinasas que regularían la actividad de los canales iónicos de las células receptoras del gusto. También es posible que los niveles de cNMP regulen directamente la actividad de los canales regulados 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 IP3 y la liberación de Ca2 + 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.
Se cree [ ¿quién lo cree? ] que estos cinco mecanismos diferentes se han desarrollado como mecanismos de defensa. Esto implicaría que existen muchos agentes amargos venenosos o dañinos diferentes y que estos cinco mecanismos existen 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 primario. Un ejemplo de esto podría ser la quinina, que ha demostrado inhibir y activar la PDE en el tejido gustativo bovino.
Actualmente se han propuesto dos modelos para la transducción del sabor dulce. La primera vía es una vía GPCRG s -cAMP. Esta vía comienza con la activación de la sacarosa y otros azúcares de G s dentro de la célula a través de un GPCR unido a la membrana. La G as activada activa la adenilil ciclasa para generar cAMP. A partir de este punto, se puede tomar una de dos vías. El cAMP puede actuar directamente para provocar una afluencia de cationes a través de canales regulados 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 la célula gustativa, la posterior apertura de los canales de Ca 2+ regulados por voltaje y provocando la liberación de neurotransmisores [ cita requerida ] .
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 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 causan la despolarización celular. Una afluencia de Ca 2+ desencadena la liberación de neurotransmisores. Si bien estas dos vías coexisten en los mismos 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 de sabor amargo de los mamíferos (T2R) están codificados por una familia de genes de solo unas pocas docenas de miembros. Se cree que los receptores de sabor amargo evolucionaron como un mecanismo para evitar la ingestión de sustancias venenosas y dañinas. 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 del cromosoma 12 tienen una mayor similitud de secuencia que los genes del cromosoma 7. Esto indica que estos genes evolucionaron a través de duplicaciones genéticas en tándem y que el cromosoma 12, como resultado de su mayor similitud de secuencia entre sus genes, pasó por estas duplicaciones en tándem más recientemente 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 dañinas, pero una persona puede elegir ignorar el sabor de una sustancia. Ronzegurt sugiere que la presencia de gustducina en las células epiteliales del estómago y el tracto gastrointestinal son indicativas de otra línea de defensa contra las toxinas ingeridas. Mientras que las células gustativas 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 .
