Receptoren zijn hoe het lichaam zijn omgeving waarneemt. Na de binding van een ligand, een receptor zal een reeks gebeurtenissen initiëren die een reactie uitlokt. Ons reuksysteem is afhankelijk van ongeveer 400 receptoren om ons reukvermogen te geven. Smaak, echter, werkt met een veel kleiner aantal:de combinatie van slechts drie leden van de smaakreceptor type 1 (T1r) familie kan een breed scala aan zoete en hartige smaken bij mensen detecteren.

"T1r-heterodimeren kunnen de meeste zoete en umami-smaakstoffen waarnemen, " zegt Prof. Junichi Takagi van de Universiteit van Osaka. "Om deze perceptie te begrijpen, we keken naar de atomaire structuur van het heterodimeer."

Ons lichaam voelt een smaak wanneer een aminozuur van het voedsel zich bindt aan een heterodimeer van twee T1r-leden. Takagi is een expert in structurele biologie die de fysieke conformaties van receptoren bestudeert na binding aan hun liganden.

"De lock-and-key-theorie verklaart de meeste ligand-receptorbindingen. T1r is ongebruikelijk omdat deze theorie niet van toepassing lijkt te zijn. We dachten dat het een interessant onderzoek zou zijn."

Takagi werd benaderd door prof. Atsuko Yamashita van de universiteit van Okayama, die al jaren de T1r2-T1r3-heterodimeer van medaka-vissen bestudeerde. Dit heterodimeer bindt zich aan een breed scala aan aminozuren voor de perceptie van hartige smaken. Om de structuur op atomair niveau te meten, ze gebruikten zowel de expertise van Takagi als de synchrotronstralingsapparatuur bij RIKEN SPring-8 in Japan.

Het onderzoeksteam ontdekte dat de heterodimeerstructuur ongeveer hetzelfde was, ongeacht de aminozuurbinding, maar de affiniteit voor het aminozuur werd verzekerd samen met de shell-gestructureerde watermoleculen rond het aminozuur. Deze eigenschap zou kunnen verklaren hoe een enkele heterodimeer kan binden aan een reeks liganden.

"We ontdekten dat de ruimte waarin het ligand T1r2 bindt veel groter is dan het ligand zelf. Deze grotere ruimte zou het gestructureerde water kunnen verklaren, " zei Yamashita. "De ruimte in de lock-and-key-receptoren is veel kleiner."

Een vergelijkbare eigenschap wordt gevonden in receptoren die verschillende soorten medicijnen doorgeven, wat suggereert dat dit mechanisme constant kan zijn voor niet-specifieke receptoren.

Hoewel de vorming van het heterodimeer noodzakelijk is voor waarneming, de bevindingen gaven aan dat T1r2 verantwoordelijk was voor het detecteren van verschillende aminozuren en dat binding aan T1r3 geen directe rol speelde bij het herkennen van smaken.

Ter voorbereiding van de receptoren, de groep koos ervoor om de medaka-vis T1r2-T1r3 heterodimeer te bestuderen boven de menselijke versie. Nog, omdat de T1r-familie universeel is in dieren op een hoger niveau, deze bevindingen zouden een informatief model moeten vormen voor smaaksensatie bij mensen.