明治大学や大阪大学などの共同研究グループは、味覚のセンサーとして機能する分子のひとつである「うま味受容体」の味物質認識領域の構造を、フグが持つ受容体を調べることで初めて明らかにしました。

うま味受容体は解析に必要な試料の生産が困難だったため構造が未解明でしたが、大型放射光施設SPring-8を活用することで構造解明に成功しました。この成果は、動物による味物質認識の違いを理解する基盤情報となるほか、新たなうま味物質の開発や飼料開発への応用が期待されています。

味覚受容体タンパク質のTAS1Rは、魚類から哺乳類まで多くの脊椎動物が持っており、アミノ酸や糖などの栄養素を感知して摂食を促進する役割を果たしています。しかし、TAS1Rは構造解析のための試料生産が難しく、これまでメダカのアミノ酸受容体とヒトの甘味受容体の2種類しか構造が判明していませんでした。

明治大学農学部の石丸喜朗教授、大阪大学蛋白質研究所の山下敦子教授、岡山大学大学院医歯薬学総合研究科修了生の溝口楽人さん、東京科学大学生命理工学院の戸田安香准教授および北尾彰朗教授、理化学研究所放射光科学研究センターの平田邦生専任技師らの研究グループは、トラフグが持つ受容体「Tas1r1/Tas1r3」の味物質認識領域に着目しました。試料生産が可能であることを見出し、大型放射光施設SPring-8を用いて初めて構造を解明しました。

左手型と右手型の両方のアミノ酸を感知する仕組み

アミノ酸には、タンパク質の構成要素となる左手型（l-アミノ酸）と、鏡像対称の形を持つ右手型（d-アミノ酸）が存在します。ヒトのうま味受容体は肉や魚に多く含まれる左手型のグルタミン酸のみを感知しますが、フグの受容体は左手型と右手型の両方のアミノ酸を感知できることが判明しました。

受容体の構造を調べたところ、右手型アミノ酸が結合した際、ポケットには左手型ほどぴったりとはまらないものの、受容体内にある「掛けがね」のような構造が2枚の葉のような構造をつなぎ止め、隙間を閉じた活性化状態に保てる仕組みを備えていることがわかりました。この掛けがね部分のアミノ酸残基をヒトのものと入れ替えて弱めると左手型への選択性が強まり、逆に強めると両方に応答する性質が強まることも確認されています。

新たなうま味物質や飼料の開発への期待

動物が何を食べて生きているかに応じて、味覚受容体が感知する物質を変化させる仕組みの一端が構造面から示されました。現在、受容体の構造や化学物質の認識様式についてはAIを活用した予測法開発が進められていますが、TAS1Rに関しては構造解析の事例が限られていました。

今回の研究成果は、味覚受容体が物質を認識する仕組みの理解を進めるだけでなく、ヒト向けのうま味物質開発や、水産・畜産業における飼料開発への応用につながることが期待されています。

本研究成果は、米国科学誌「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)」のオンライン版に掲載されました。

本記事は明治大学、大阪大学、岡山大学、東京科学大学、理化学研究所の発表をもとに作成しました。

Dellows News編集部

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