Neue Rolle für Geschmacksrezeptoren

Modelldarstellung des Bitterrezeptors TAS2R14. Die für die Ligandenbindung relevanten Seitenkettenreste sind gelb dargestellt.
Grafik: Antonella Di Pizio / Leibniz-LSB@TUM

Bitterrezeptoren könnten als endogene Sensoren für Gallensäuren dienen.

Geschmacksrezeptoren für Bitteres finden sich nicht nur auf der Zunge, sondern auch auf Zellen außerhalb des Mundraums. Wie eine neue Studie des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München nun zeigt, kämen solche extraoralen Bitterrezeptoren auch als endogene Sensoren für Gallensäuren infrage. Diese Entdeckung legt nahe, dass neben Nahrungsbestandteilen auch körpereigene Substanzen die Evolution der Bitterrezeptoren beeinflusst haben könnten. Ferner liefert die Studie neue Ansätze, um gesundheitliche Effekte von Lebensmittelinhaltstoffen zu erforschen, an denen extraorale Bitterrezeptoren beteiligt sind.

Als Geschmackssensoren dienen Bitterrezeptoren dazu, potentielle Giftstoffe in der Nahrung zu erkennen und zu vermeiden. Relativ neue Befunde weisen zudem darauf hin, dass sich Bitterrezeptoren auch auf Zellen der Lunge, des Gehirns, des Magen-Darmtrakts sowie auf Blutzellen und Spermien finden. Ein Fakt, der auf weitere, noch unbekannte Rezeptorfunktionen im Körper schließen lässt. Insbesondere, da der menschliche Körper auch selbst Bitterstoffe produziert.

Aufgrund dieser Erkenntnisse stellt sich die Frage, ob sich Bitterrezeptoren in erster Linie als Geschmacksrezeptoren entwickelt haben oder eher als endogene Sensoren, die mit körpereigenen Bitterstoffen interagieren. Letzteres würde natürlich erfordern, dass die Konzentrationen der körpereigenen Stoffe in den entsprechenden Körperflüssigkeiten ausreichen, um die endogenen Bitterrezeptoren auf extraoralen Geweben und Zellen zu aktivieren.

Gallensäuren sind körpereigene Bitterstoffe

Gallensäuren sind ein gutes Beispiel für körpereigene Bitterstoffe und sind in unterschiedlichen Körperflüssigkeiten enthalten. Daher hat ein Team um Maik Behrens vom Freisinger Leibniz-Institut untersucht, welche der etwa 25 menschlichen Bitterrezeptortypen auf physiologisch relevante Gallensäuren-Konzentrationen reagieren. Hierzu verwendete das Team ein etabliertes zelluläres Testsystem und kombinierte zudem funktionelle Experimente mit molekularen Modellierungsansätzen. Zu den acht getesteten Gallensäuren gehörten sowohl primäre, sekundäre, tertiäre als auch konjugierte Gallensäuren.

Wie das Team zeigt, sprechen fünf Bitterrezeptortypen auf die getesteten Gallensäuren an. „Dabei stimmten die gemessenen Aktivierungsschwellen der Rezeptoren und die für menschliche Körperflüssigkeiten in der Literatur angegebenen Gallensäuren-Konzentrationen sehr gut überein“, sagt Florian Ziegler, der als Doktorand am Leibniz-Institut maßgeblich zur Studie beigetragen hat. „Außerdem konnten wir die Bindung von Gallensäuren an den Bittergeschmacksrezeptor TAS2R1 nicht nur mit Hilfe von Modellierungsstudien charakterisieren, sondern sogar die Unterschiede der experimentellen Aktivitätsdaten reproduzieren“, ergänzt Antonella Di Pizio, die am Leibniz-Institut die Arbeitsgruppe Molecular Modeling leitet.

Gallensäuren aktivieren extraorale Bitterrezeptoren

„Unsere Ergebnisse lassen annehmen, dass in der Tat eine physiologische Beziehung zwischen Gallensäuren und bestimmten extraoralen Bitterrezeptoren besteht und letztere als endogene Sensoren für Gallensäurespiegel fungieren. Sie untermauern zudem die These, dass nicht nur äußere Faktoren wie bittere Nahrungsbestandteile die Evolution der Bitterrezeptoren beeinflusst haben, sondern auch körpereigene“, fasst Studienleiter Maik Behrens zusammen. Weitere Studien seien jedoch dringend erforderlich, um die genauen biologischen Funktionen der extraoralen Rezeptoren aufzuklären, sagt der Biologe weiter. Denn diese könnten viel über gesundheitliche Effekte von Nahrungsbestandteilen verraten, wenn letztere mit den extraoralen Bitterrezeptor-Liganden-Systemen interagieren.

Publikation: Ziegler, F., Steuer, A., Di Pizio, A., and Behrens, M. (2023). Physiological Activation of Human and Mouse Bitter Taste Receptors by Bile Acids. Communications Biology 6, 612. 10.1038/s42003-023-04971-3. https://www.nature.com/articles/s42003-023-04971-3

Hintergrundinformationen:

Gallensäuren werden in der Leber produziert und sind Abkömmlinge des Cholesterins. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Fettverdauung.
Zu den getesteten Gallensäuren gehörten die primären Gallensäuren Cholsäure und Chenodeoxycholsäure, die sekundären Gallensäuren Lithochol- und Desoxycholsäure, die tertiäre Gallensäure Ursodeoxycholsäure sowie die konjugierten Gallensäuren Taurolithochol-, Glycochol- und Taurocholsäure.

Bitterrezeptoren, die auf Gallensäuren reagieren:
Die menschlichen Bittergeschmacksrezeptoren TAS2R1, TAS2R4, TAS2R14, TAS2R39 und TAS2R46 reagierten auf mindestens drei der getesteten Gallensäuren. Von diesen war der Rezeptor TAS2R1 am wenigsten selektiv, da er von allen acht Gallensäuren stimuliert wurde. Der Rezeptor TAS2R4 wurde dagegen durch sechs, der Rezeptor TAS2R14 durch fünf und die Rezeptoren TAS2R39 und TAS2R46 durch jeweils drei der Gallensäuren aktiviert.

Wie neuere Befunde zeigen, finden sich im Hoden in späten Spermatiden (einer Vorstufe von Spermien) relativ hohe mRNA-Konzentrationen des Bitterrezeptors TAS2R1. Dagegen werden die Bitterrezeptoren TAS2R4, TAS2R14, TAS2R39 und TAS2R46 in verschiedenen Zelltypen des Dünndarms und Dickdarms exprimiert. Ebenso stellten Forschende in anderen Studien fest, dass die Aktivierung des Bitterrezeptors TAS2R4 durch Taurocholsäure die Freisetzung von Molekülen erhöht, die das Wachstum von E. coli positiv beeinflussen. Hieraus schlossen sie, dass eine Nahrungsaufnahme, die zur Freisetzung von Gallensäuren im Dünndarm führt, positive Auswirkungen auf das Wachstum von E. coli und somit auf den Verdauungsprozess haben könnte.

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Leiter der Arbeitsgruppe Taste & Odor Systems Reception
Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie
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Informationen zum Institut:
Das Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München besitzt ein einzigartiges Forschungsprofil an der Schnittstelle zwischen Lebensmittelchemie & Biologie, Chemosensoren & Technologie sowie Bioinformatik & Maschinelles Lernen. Weit über die bisherige Kerndisziplin der klassischen Lebensmittelchemie hinausgewachsen, leitet das Institut die Entwicklung einer Systembiologie der Lebensmittel ein. Sein Ziel ist es, neue Ansätze für die nachhaltige Produktion ausreichender Mengen an Lebensmitteln zu entwickeln, deren Inhaltsstoff- und Funktionsprofile an den gesundheitlichen und nutritiven Bedürfnissen, aber auch den Präferenzen der Verbraucherinnen und Verbraucher ausgerichtet sind. Hierzu erforscht es die komplexen Netzwerke sensorisch relevanter Lebensmittelinhaltsstoffe entlang der gesamten Wertschöpfungskette mit dem Fokus, deren physiologische Wirkungen systemisch verständlich und langfristig vorhersagbar zu machen.

Das Leibniz-Institut ist ein Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft (https://www.leibniz-gemeinschaft.de/), die 97 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen. Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit. Leibniz-Einrichtungen pflegen enge Kooperationen mit den Hochschulen – u.a. in Form der Leibniz-WissenschaftsCampi, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 20.000 Personen, darunter 10.000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Der Gesamtetat der Institute liegt bei mehr als 1,9 Milliarden Euro.

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Originalpublikation:

Ziegler, F., Steuer, A., Di Pizio, A., and Behrens, M. (2023). Physiological Activation of Human and Mouse Bitter Taste Receptors by Bile Acids. Communications Biology 6, 612. DOI: 10.1038/s42003-023-04971-3. https://www.nature.com/articles/s42003-023-04971-3

 

Originalveröffentlichung:

https://www.leibniz-lsb.de/presse-oeffentlichkeit/pressemitteilungen/pm-20230703-pressemitteilung-bitterrezeptoren-gallensaeuren/

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