https://flavourjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/2044-7248-1-9
https://doi.org/10.1186/2044-7248-1-9
Abstract
「フレーバー」は味覚、嗅覚、一般的な化学感覚の組み合わせである。本報告では各フレーバーを検出する個人能力(認知レベルでの知覚・識別)には差があり、その根底にある遺伝的多様性の影響に関心がもたれている。
味覚に関与する受容体をコードするヒトゲノム内の遺伝子をリストし、レビューする。
- 苦味味覚受容体遺伝子TAS2R38のバリアントにおけるフェニルチオカルバミド（PTC）知覚
- 甘味とうま味の違いに関連する遺伝子における知覚
- 酸味と塩味、脂肪、コショウなど、他味覚刺激の受容
- 匂いの印象の違いに関与する匂い受容体のバリアントについては数例のみが報告されている。：アンドロステノン（ムスキー）、イソ吉草酸（チーズ様）、シス-3-ヘキセン-1-オール（Green）の受容体、およびアスパラガスの尿中代謝物の匂いの受容体。
なおゲノムワイドの研究は認知レベルでの知覚・識別に個人差を与える嗅覚受容体以外の遺伝子変異の発見をもたらすことも考えられます。
味覚に関与する受容体のレパートリー、25種類の苦味があり、ほんのわずかな甘味とうま味の受容体が知られるのみと比較的小さい。これに対しニオイ受容体の数ははるかに多く、約400のファンクショナルな受容体と600のノンファンクショナルなニオイ受容体と大きい。これまでに報告された例はごく少数ですが、匂い・味覚遺伝子には、まだ発見されていない遺伝的変異がさらに多くある可能性があります。
Memo
Newcomb はニュージーランドの嗅覚～フレーバリング研究者。2012の遺伝的多様性による認知的知覚の差異についてのレビュー。
Jaeger, S.R., McRae, J.F., Bava, C.M., Beresford, M.K., Hunter, D., Jia, Y., Chheang, S.L., Jin, D., Peng, M., Gamble, J.C., et al. (2013). A Mendelian trait for olfactory sensitivity affects odor experience and food selection. Curr. Biol. 23, 1601–1605. での
「多くの匂いに対する鋭敏さはヒト個体で異なり[1、2、3、4]、嗅覚受容体（OR）遺伝子内の変動がこれらの違いに寄与しています[5、6、7、8、9]。このような変化が匂いの経験や食品の選択にどのように影響するかは、そのような影響が味覚に対して発生することを考えると、不明確なままです[11、12、13、14、15]。ここでは、極端な感度の違いを示すβ-iononeを調査します」
における5
化学刺激と物理刺激の受容体
体性感覚受容体の少なくとも3つのサブタイプ（触覚、痛み、体温）
単独または組み合わせで反応する匂いの受容体 [1、2]
少なくとも5種類の味覚受容体（苦味、酸味、甘味、塩味、およびうま味（グルタミン酸ナトリウムに関連する風味の経験[3]））
刺激性の化学物質の受容体のファミリー（たとえば、クローブに含まれるオイゲノール[4]、ニンニクに含まれるアリシン[5]）
これら受容体からの情報は脳に送信され、そこで処理されて統合[6]
経験は化学感覚知覚を修飾するし、嗅覚感受性を変える[7]。
Table 1 Genes associated with variation in taste and olfactory ability in humans (ヒトの味覚および嗅覚能力の変動に関連する遺伝子)
苦味受容体遺伝子TAS2R38の変異体
1931年以降、アーサーフォックスが合成した苦味化合物フェニルチオカルバミド（PTC）に無反応である人がいる因子が、苦味受容体TAS2R38の遺伝的変異によるものである発見が味覚に関するバリアントに関する最初の実証（表1）。2003年に、この仮説は遺伝連鎖分析により示唆され、苦味受容体の発現実験で決定されました。[26、13]
構造生物学的な説明；AVIバリアント（49番にアラニン、262番にバリン、および296番にイソロイシンを含む）は非PTC感受性ですが、PAVバリアント（49番にプロリン、262番にアラニン、および296番にバリンを含む）はPTC感受性です。遺伝子内には他のハプロタイプがあり、これらは中間的な感受性を説明します[13、26、28]。ref
ゲノムワイド解析の限界
- 受容体上の未知の変異体によってさらなる説明がされるかもしれない。
- 他受容体により非感受性の受容体保持者において知覚上で味覚が「復元」される可能性もある[29–31]。ゲノムワイドの関連研究では追加の表現型と表現型の関連がなかなか検出されないため、知覚上で味覚が「復元」されている可能性は低いと考えられる[14、32]。
苦味知覚の違いがなぜ存在するか？ケミカルコミュニケーションとしての側面。
遺伝的変異の影響を受けるPTC以外の苦味に対する感受性・非感受性。苦い知覚の個人差は一般的であり、次のような遺伝子型に関連している証拠が徐々に蓄積されています。
- 12番染色体上の苦味受容体のクラスターのバリアントは、キニーネ知覚に関連[14]
- 一部の高強度甘味料の苦味は、12番染色体の苦味受容体のクラスター内のアレル遺伝子に関連[11]
苦い受容体ファミリーであるTAS2には、約25個の受容体があり、ヒトゲノムの3つの場所で発見されています[9、10]。苦い受容体にはCNVsがあるため、「およそ」と言います[11]。※CNVs (copy number variations: コピー数変化)とは、染色体上の1kb以上にわたるゲノムDNAが、通常2コピーのところ、1コピー以下(欠失）、あるいは3コピー以上（重複）となっている現象をいう。 ref
- 苦味受容体のDNA配列は、他のほとんどの遺伝子よりも速く変化します。特に、苦味分子と結合する可能性が高い受容体の領域内では変化します[42–44]が、この規則には例外があり、いくつかの苦い受容体ファミリーメンバーは長期間にわたって同一のDNA配列を保持します[45]。
- 一般的に、人間は苦い食べ物を避ける傾向があります。食品苦味が強いほど、個人の苦味強度の評価は変動します（図2、野菜の官能評価、r = 0.497）。
- 遺伝的変異のポピュレーションは、進化の流れを反映しています。苦味受容体には2つまたは3つのサブタイプがあり、そのいくつかは味覚と食物摂取により重要であり、他は消化用であり、他は病原体防御用である[46–51]。
- 受容器内の変動の程度は、不安定な環境によって変化する、または一貫した脅威から身を守るために同じままでいる、選択圧のさまざまなパターンを反映している可能性があります。
甘味受容体
2001年にキャラクタリゼーションされました。この受容体は、ヘテロダイマーを形成するT1R2とT1R3の2つのタンパク質で構成されています。
- 遺伝子研究は、人々は甘味への好みが異なることを示唆しています[8、55、56]。この変動のメカニズムはよくわかっていませんが、甘味受容体のアレル遺伝子の存在が影響している可能性があります[16、57]し、苦味受容体のアレル遺伝子人による知覚の違いは、非糖の甘味料～高甘味度甘味料の嗜好を説明できるかもしれません[11、15、58]。
- 苦味と甘味は、分子生物学的メカニズムに重複があり、苦くて甘い刺激のためのいくつかの共有下流シグナル伝達分子があります(ガストデューシン[59])。味覚受容体のアレルが甘味知覚～苦味知覚に相互影響を与える可能性がありますが[17]、まだこの関係は調査されていません。
- ヒト以外の種の甘味知覚（嗜好データから推測される）の調査から、甘味受容体が動物の食品ニッチに合わせて微調整されていることが示唆されてます。例えば、肉食性の哺乳類は、甘味受容体の不活性化され[60、61]、いくつかの草食動物ではアミノ酸受容体が失活しています[62]。
うま味、酸味、塩味受容体
残りの3つの定番の味の品質、うま味、酸味、塩味は、苦味と甘味に比べて遺伝学の観点からはあまり研究されていません。
その他の呈味受容体
苦味、甘味、旨味、酸味、塩味に加えて、受容体発見により、いくつかの新しい味品質が示唆されています[79、80]。これらの遺伝性はまだ検出されていません[82]
- TRPV1（一過性受容体電位カチオンチャネルサブファミリーVメンバー1）受容体から生じる可能性のあるミネラルの味
- T1R3のヘテロ二量体とカルシウム感知受容体から生じるカルシウムの味[81]
- メントール（涼しい）やカプサイシン（唐辛子）など嗜好性のある植物防御化合物
脂肪の「味覚」受容体；ピンギスと呼ばれる脂肪の特別な味のアイデアは古い概念であり[83]、脂肪の認識と摂取に不可欠ないくつかの膜結合タンパク質の発見によって注目されている[84–87]。マウスの遺伝子ノックアウト研究[88、89]は、ヒトの口腔での脂肪の知覚にバリアントが影響を与える可能性が高いことを示唆し[90]、脂質受容体CD36のバリアントは、口腔脂肪の知覚の違いと相関し[91、92]、食感「収斂性」にいくつかの遺伝的変化が確認されています[93]。
ニオイ受容体変異の4つの既知の症例
機能しないと予測される遺伝子600個を合わせると、人間の嗅覚受容体遺伝子数はマウスやイヌ波並みの嗅覚受容体遺伝子数(約1000)に達します[98、99]。機能するニオイ受容体が400個しかない場合でも、人間は何十万もの異なるニオイを識別できると考えられています。人間と他の霊長類は、視覚が支配的になり始めたとき、三色視覚の発達中に嗅覚受容体の偽遺伝子化が起こったとする仮説があります[100]。
リガンド(受容対象となり香気分子)がわかっている受容体はほんのわずかです[101]。これまでに、知覚の違いに関連する遺伝的変異について4つの揮発性化合物のみが研究されています：
- ステロイドホルモン誘導体アンドロステノン（ムスキー）
- イソ吉草酸（チーズ様）
- シス-3-ヘキセン-1-オール（グラッシー）
- アスパラガス食後の尿中に含まれる（硫黄またはキャベツ様）。
細胞ベースのアッセイを使用して335受容体をスクリーニングし、ケラーら[19]アンドロステノン受容体OR7D4を特定しました[19]。OR7D4は特異的な応答挙動を示した(アンドロステノンおよび関連化合物のアンドロスタジエノンにのみ反応し、テストした他の62のにおい物質には反応しません)。 2つの知覚上の感受性に影響を与える連鎖不平衡を示す変異体（R88WおよびT133M）がアンドロステノンとアンドロスタジエノンの感度と知覚に影響が確認されました[20]。
メナシェ他[21] 4つのにおい（酢酸イソアミル、イソ吉草酸、L-カルボン、およびシネオール）の知覚と、43の受容体遺伝子の遺伝的変異(偽遺伝子化)との関連を調査し、イソ吉草酸知覚と、偽遺伝子OR11H7Pの間の相関を報告した。 OR11H7Pの欠陥型のコピーを2つ持っている人は、イソ吉草酸の安っぽいにおいを検出できる可能性が低くなる。
Jaeger らはGWASを使用し、グリーン香調cis-3-hexen-1-olを検出する能力に関連する遺伝的変異を特定しました[22]。OR2J3、T113AおよびR226Q内の2つのアミノ酸置換のいずれかにより、受容体の能力を損ないます。二つのバリアント両方が発生すると、シス-3-ヘキセン-1-オールを知覚する能力は完全になくなります[23]。
アスパラガスの摂取後、尿はにおいを帯びます。大規模な遺伝関連研究とウェブベースのアンケートの質問の1つとしてこの臭気の知覚が調べられました[24]。参加者は、ゲノム全体で500,000を超える遺伝的変異部位で遺伝子型が特定され、第1染色体のOR2M7遺伝子内に見つかりました。
なお嗅覚に影響を与えるすべての遺伝的変異が受容体から生じるとは限りません。嗅覚上皮および皮質の発達に影響を与える遺伝的症候群では、疾患の重症度が低いものの、嗅覚減少または消失することが知られています[102]。
最後に
今のところ、遺伝子変異と味覚と嗅覚の知覚の違いとの相関解析は、単一の受容体に固有のものに限定されています。ですが、受容体の変化は、そのリガンドの知覚にのみ影響するのみではなく、入力の欠落に応答して脳の再配線に影響する、または受容体バリアント自体が連鎖不平衡的にクラスター化していること（LD）により、幅広い影響を与えている可能性があります。受容体以外の遺伝子の変異もまた、化学感覚の知覚に幅広い影響を与える可能性があります。