Human genetic polymorphisms in T1R1 and T1R3 taste receptor subunits affect their function.

International audienceUmami is the typical taste induced by monosodium glutamate (MSG), which is thought to be detected by the heterodimeric G protein-coupled receptor, T1R1 and T1R3. Previously, we showed that MSG detection thresholds differ substantially between individuals and we further showed that nontaster and hypotaster subjects are associated with nonsynonymous single polymorphisms occurring in the T1R1 and T1R3 genes. Here, we show using functional expression that both amino acid substitutions (A110V and R507Q) in the N-terminal ligand-binding domain of T1R1 and the 2 other ones (F749S and R757C), located in the transmembrane domain of T1R3, severely impair in vitro T1R1/T1R3 response to MSG. A molecular model of the ligand-binding region of T1R1/T1R3 provides a mechanistic explanation supporting functional expression data. The data presented here support causal relations between the genotype and previous in vivo psychophysical studies in human evaluating sensitivity to MSG

Étude biochimique des récepteurs aux goûts sucré et umami : Rôle des domaines N-terminaux et caractérisation d'un inhibiteur spécifique, la gurmarine

The sweet taste receptor is a heterodimer composed of two subunits called T1R2 and T1R3 whereas the T1R1 and the T1R3 subunits form a heterodimeric receptor for umami taste (the savory taste of monosodium glutamate). Each subunit belongs to the class C of G protein-coupled receptors (GPCRs) and is constituted by a large extracellular Nterminal domain (NTD) linked to the transmembrane domain by a cysteine-rich region. The NTD is composed of two lobes separated by a cleft in which ligands bind. T1R1- and T1R2-NTDs are able to bind sweeteners and umami compounds respectively and undergo ligand-dependent conformational changes (Zhang et al., 2008 ; Nie et al., 2005). However, the relative contribution of the two subunits to the heterodimeric receptor function remains largely unknown. To study the binding specificity of each subunit, a large amount of purified NTDs is suitable for biochemical and structural studies. To accomplish this goal, we expressed high level of T1R1- and T1R2-NTD as insoluble aggregated proteins (inclusion bodies), using Escherichia coli. The proteins were solubilized and in vitro refolded using suitable buffer and additives. The soluble proteins were then purified and characterized using electrophoresis, gel filtration, fluorescence spectroscopy and circular dichroism. The functionality of T1R1- and T1R2-NTD was measured the using isothermal microcalorimetry. Our data showed that the proteins are properly refolded and able to bind sweet or umami compounds with physiological relevant affinities. In summary, our expression system will allow large-scale production of active T1R1- and T1R2-NTD suitable for structural and functional studies. In addition to this work, we have studied a 35 residue polypeptide named gurmarin, well known to selectively inhibit responses to sweet substances without affecting responses to other basic taste stimuli, such as NaCl, HCl, and quinine in rodents. To further understand the structural basis of gurmarin recognition by T1R2-T1R3 receptor, we developed for the first time the heterologous expression of gurmarin using the methylotrophic yeast Pichia pastoris. This system allowed the expression of large quantities of recombinant gurmarin. The structural properties of gurmarin were checked by circular dichroism and nuclear magnetic resonance. We generated six mutants with single amino acids substitutions in the putative site of interaction between gurmarin and the rodent sweet taste receptor, using site-directed mutagenesis. In collaboration, the biological activity of was confirmed using a cell-based assay based on expression of rat T1R2-T1R3. Thanks to various combinations of human and rat T1R2-T1R3 chimeras, we showed that NTD of rat T1R3 is the major determinant of gurmarin’s inhibition.Le récepteur au goût sucré est un hétérodimère composé des sous-unités T1R2 et T1R3, alors que les sous-unités T1R1 et T1R3 s’assemblent pour composer le récepteur au goût umami. Chacune de ces sous-unités appartient à la classe C des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Les membres de cette famille partagent une architecture commune, constituée d’un domaine N- terminal (DNT) qui est relié à un domaine transmembranaire par une région riche en cystéines. Le DNT est constitué de deux lobes qui forment le site orthostérique, qui est le site de liaison des principaux agonistes. Il a été montré que les DNT de T1R1 (DNT-T1R1) est capable de lier le L- glutamate alors que le DNT de T1R2 (DNT-T1R2) est capable de lier les sucres naturels et certains édulcorants (Zhang et al., 2008 ; Nie et al., 2005). Cependant les mécanismes moléculaires de détections des molécules sapides au niveau de ces domaines restent encore largement méconnus. Lors de cette étude, nous avons exprimé les DNT-T1R1, DNT-T1R2 humains et le DNT-T1R1 de souris à l’aide de la bactérie Escherichia coli, sous forme de protéines insolubles, appelés corps d’inclusion (CI). Les CI ont été purifiés puis solubilisés en utilisant un agent chaotrope. Ensuite, les protéines ont été repliées in vitro puis caractérisées par différentes approches parmi lesquelles l’électrophorèse, la filtration sur gel, la fluorescence et le dichroïsme circulaire. Leur fonctionnalité a ensuite été vérifiée par microcalorimétrie de titration isotherme. Nous avons montré que les protéines sont fonctionnelles et présentent des affinités en accord avec les données sensorielles. Les grandes quantités de protéines produites permettront de futures études structurales par cristallographie. Parallèlement à ce travail, nous avons étudié un polypeptide végétal, inhibiteur des goûts sucré et umami chez les rongeurs, appelé gurmarine. Afin de pouvoir étudier son interaction avec les DNT des récepteurs gustatifs de souris, nous avons mis au point l’expression et la purification de gurmarine recombinante produite en levure Pichia pastoris. Ce système d’expression a permis la production de quantités importantes de gurmarine dont les caractéristiques structurales ont été vérifiées par dichroïsme circulaire et résonnance magnétique nucléaire. Nous avons aussi, par mutagénèse dirigée, modifié différents acides aminés décrits comme étant potentiellement impliqués dans l’interaction avec les récepteurs aux goûts sucré et umami. En collaboration, l’activité de la gurmarine a été confirmée à l’aide d’un test cellulaire basé sur l’expression fonctionnelle du récepteur de rat T1R2/T1R3. A l’aide de différentes combinaisons des sous-unités humaines et de rongeurs, nous avons montré que l’inhibition par la gurmarine nécessitait la présence de la sous-unité T1R3 de rat

Biochemical study of the sweet and umami taste receptors : role of the N-terminal domains and characterization of gurmarin, a specific inhibitor

Le récepteur au goût sucré est un hétérodimère composé des sous-unités T1R2 et T1R3, alors que les sous-unités T1R1 et T1R3 s’assemblent pour composer le récepteur au goût umami. Chacune de ces sous-unités appartient à la classe C des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Les membres de cette famille partagent une architecture commune, constituée d’un domaine N-terminal (DNT) qui est relié à un domaine transmembranaire par une région riche en cystéines. Le DNT est constitué de deux lobes qui forment le site orthostérique, qui est le site de liaison des principaux agonistes. Il a été montré que les DNT de T1R1 (DNT-T1R1) est capable de lier le L-glutamate alors que le DNT de T1R2 (DNT-T1R2) est capable de lier les sucres naturels et certains édulcorants (Zhang et al., 2008 ; Nie et al., 2005). Cependant les mécanismes moléculaires de détections des molécules sapides au niveau de ces domaines restent encore largement méconnus. Lors de cette étude, nous avons exprimé les DNT-T1R1, DNT-T1R2 humains et le DNT-T1R1 de souris à l’aide de la bactérie Escherichia coli, sous forme de protéines insolubles, appelés corps d’inclusion (CI). Les CI ont été purifiés puis solubilisés en utilisant un agent chaotrope. Ensuite, les protéines ont été repliées in vitro puis caractérisées par différentes approches parmi lesquelles l’électrophorèse, la filtration sur gel, la fluorescence et le dichroïsme circulaire. Leur fonctionnalité a ensuite été vérifiée par microcalorimétrie de titration isotherme. Nous avons montré que les protéines sont fonctionnelles et présentent des affinités en accord avec les données sensorielles. Les grandes quantités de protéines produites permettront de futures études structurales par cristallographie. Parallèlement à ce travail, nous avons étudié un polypeptide végétal, inhibiteur des goûts sucré et umami chez les rongeurs, appelé gurmarine. Afin de pouvoir étudier son interaction avec les DNT des récepteurs gustatifs de souris, nous avons mis au point l’expression et la purification de gurmarine recombinante produite en levure Pichia pastoris. Ce système d’expression a permis la production de quantités importantes de gurmarine dont les caractéristiques structurales ont été vérifiées par dichroïsme circulaire et résonnance magnétique nucléaire. Nous avons aussi, par mutagénèse dirigée, modifié différents acides aminés décrits comme étant potentiellement impliqués dans l’interaction avec les récepteurs aux goûts sucré et umami. En collaboration, l’activité de la gurmarine a été confirmée à l’aide d’un test cellulaire basé sur l’expression fonctionnelle du récepteur de rat T1R2/T1R3. A l’aide de différentes combinaisons des sous-unités humaines et de rongeurs, nous avons montré que l’inhibition par la gurmarine nécessitait la présence de la sous-unité T1R3 de rat.The sweet taste receptor is a heterodimer composed of two subunits called T1R2 and T1R3 whereas the T1R1 and the T1R3 subunits form a heterodimeric receptor for umami taste (the savory taste of monosodium glutamate). Each subunit belongs to the class C of G protein-coupled receptors (GPCRs) and is constituted by a large extracellular N-terminal domain (NTD) linked to the transmembrane domain by a cysteine-rich region. The NTD is composed of two lobes separated by a cleft in which ligands bind. T1R1- and T1R2-NTDs are able to bind sweeteners and umami compounds respectively and undergo ligand-dependent conformational changes (Zhang et al., 2008; Nie et al., 2005). However, the relative contribution of the two subunits to the heterodimeric receptor function remains largely unknown. To study the binding specificity of each subunit, a large amount of purified NTDs is suitable for biochemical and structural studies. To accomplish this goal, we expressed T1R1- and T1R2-NTD in high level in Escherichia coli as insoluble aggregated proteins (inclusion bodies). The proteins were solubilized and in vitro refolded using suitable buffer and additives. The soluble proteins were then purified and characterized using electrophoresis, gel filtration, fluorescence spectroscopy and circular dichroism. The functionality of T1R1- and T1R2-NTD was measured the using isothermal microcalorimetry. Our data showed that the proteins are properly refolded and able to bind sweet or umami compounds with physiological relevant affinities. In summary, our expression system will allow large-scale production of active T1R1- and T1R2-NTD suitable for structural and functional studies. In addition to this work, we have studied a 35 residue polypeptide named gurmarin, well known to selectively inhibit responses to sweet substances without affecting responses to other basic taste stimuli, such as NaCl, HCl, and quinine in rodents. To further understand the structural basis of gurmarin recognition by T1R2-T1R3 receptor, we developed for the first time the heterologous expression of gurmarin using the methylotrophic yeast Pichia pastoris. This system allowed the expression of large quantities of recombinant gurmarin. The structural properties of gurmarin were checked by circular dichroism and nuclear magnetic resonance. We generated six mutants with single amino acids substitutions in the putative site of interaction between gurmarin and the rodent sweet taste receptor, using site-directed mutagenesis. In collaboration, the biological activity of was confirmed using a cell-based assay based on expression of rat T1R2-T1R3. Thanks to various combinations of human and rat T1R2-T1R3 chimeras, we showed that NTD of rat T1R3 is the major determinant of gurmarin’s inhibition

Etude biochimique des récepteurs aux goûts sucré et umami (Rôle des domaines N-terminaux et caractérisation d'un inhibiteur spécifique, la gurmarine)

Le récepteur au goût sucré est un hétérodimère composé des sous-unités T1R2 et T1R3, alors que les sous-unités T1R1 et T1R3 s assemblent pour composer le récepteur au goût umami. Chacune de ces sous-unités appartient à la classe C des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Les membres de cette famille partagent une architecture commune, constituée d un domaine N-terminal (DNT) qui est relié à un domaine transmembranaire par une région riche en cystéines. Le DNT est constitué de deux lobes qui forment le site orthostérique, qui est le site de liaison des principaux agonistes. Il a été montré que les DNT de T1R1 (DNT-T1R1) est capable de lier le L-glutamate alors que le DNT de T1R2 (DNT-T1R2) est capable de lier les sucres naturels et certains édulcorants (Zhang et al., 2008 ; Nie et al., 2005). Cependant les mécanismes moléculaires de détections des molécules sapides au niveau de ces domaines restent encore largement méconnus. Lors de cette étude, nous avons exprimé les DNT-T1R1, DNT-T1R2 humains et le DNT-T1R1 de souris à l aide de la bactérie Escherichia coli, sous forme de protéines insolubles, appelés corps d inclusion (CI). Les CI ont été purifiés puis solubilisés en utilisant un agent chaotrope. Ensuite, les protéines ont été repliées in vitro puis caractérisées par différentes approches parmi lesquelles l électrophorèse, la filtration sur gel, la fluorescence et le dichroïsme circulaire. Leur fonctionnalité a ensuite été vérifiée par microcalorimétrie de titration isotherme. Nous avons montré que les protéines sont fonctionnelles et présentent des affinités en accord avec les données sensorielles. Les grandes quantités de protéines produites permettront de futures études structurales par cristallographie. Parallèlement à ce travail, nous avons étudié un polypeptide végétal, inhibiteur des goûts sucré et umami chez les rongeurs, appelé gurmarine. Afin de pouvoir étudier son interaction avec les DNT des récepteurs gustatifs de souris, nous avons mis au point l expression et la purification de gurmarine recombinante produite en levure Pichia pastoris. Ce système d expression a permis la production de quantités importantes de gurmarine dont les caractéristiques structurales ont été vérifiées par dichroïsme circulaire et résonnance magnétique nucléaire. Nous avons aussi, par mutagénèse dirigée, modifié différents acides aminés décrits comme étant potentiellement impliqués dans l interaction avec les récepteurs aux goûts sucré et umami. En collaboration, l activité de la gurmarine a été confirmée à l aide d un test cellulaire basé sur l expression fonctionnelle du récepteur de rat T1R2/T1R3. A l aide de différentes combinaisons des sous-unités humaines et de rongeurs, nous avons montré que l inhibition par la gurmarine nécessitait la présence de la sous-unité T1R3 de rat.The sweet taste receptor is a heterodimer composed of two subunits called T1R2 and T1R3 whereas the T1R1 and the T1R3 subunits form a heterodimeric receptor for umami taste (the savory taste of monosodium glutamate). Each subunit belongs to the class C of G protein-coupled receptors (GPCRs) and is constituted by a large extracellular N-terminal domain (NTD) linked to the transmembrane domain by a cysteine-rich region. The NTD is composed of two lobes separated by a cleft in which ligands bind. T1R1- and T1R2-NTDs are able to bind sweeteners and umami compounds respectively and undergo ligand-dependent conformational changes (Zhang et al., 2008; Nie et al., 2005). However, the relative contribution of the two subunits to the heterodimeric receptor function remains largely unknown. To study the binding specificity of each subunit, a large amount of purified NTDs is suitable for biochemical and structural studies. To accomplish this goal, we expressed T1R1- and T1R2-NTD in high level in Escherichia coli as insoluble aggregated proteins (inclusion bodies). The proteins were solubilized and in vitro refolded using suitable buffer and additives. The soluble proteins were then purified and characterized using electrophoresis, gel filtration, fluorescence spectroscopy and circular dichroism. The functionality of T1R1- and T1R2-NTD was measured the using isothermal microcalorimetry. Our data showed that the proteins are properly refolded and able to bind sweet or umami compounds with physiological relevant affinities. In summary, our expression system will allow large-scale production of active T1R1- and T1R2-NTD suitable for structural and functional studies. In addition to this work, we have studied a 35 residue polypeptide named gurmarin, well known to selectively inhibit responses to sweet substances without affecting responses to other basic taste stimuli, such as NaCl, HCl, and quinine in rodents. To further understand the structural basis of gurmarin recognition by T1R2-T1R3 receptor, we developed for the first time the heterologous expression of gurmarin using the methylotrophic yeast Pichia pastoris. This system allowed the expression of large quantities of recombinant gurmarin. The structural properties of gurmarin were checked by circular dichroism and nuclear magnetic resonance. We generated six mutants with single amino acids substitutions in the putative site of interaction between gurmarin and the rodent sweet taste receptor, using site-directed mutagenesis. In collaboration, the biological activity of was confirmed using a cell-based assay based on expression of rat T1R2-T1R3. Thanks to various combinations of human and rat T1R2-T1R3 chimeras, we showed that NTD of rat T1R3 is the major determinant of gurmarin s inhibition.DIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Overexpression of recombinant gurmarin secreted by the yeast Pichia pastoris

International audienc

Expression and characterization of ligand-binding domain of T1R1 taste receptor

International audienceUmami is the typical taste induced by monosodium glutamate,which is thought to be detected by a heterodimeric G-proteincoupled receptors, T1R1 and T1R3. The most unique feature ofumami taste is its potentiation by purine nucleotidemonophosphates (IMP, GMP), which also elicit umami taste bytheir own. Zhang et al. (Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2008) haverecently proposed a cooperative ligand-binding model involvingT1R1 N-terminal domain (NTD), where L-glutamate (L-glu)binds close to the hinge region, and purine nucleotides bind to anadjacent site close to the opening of the Venus flytrap domain. Tofurther understand the structural basis of umami stimulirecognition by T1R1, a large amount of purified T1R1 NTD issuitable for biochemical and structural studies. Here, we reportthe successful expression and purification of the soluble NTD ofhuman T1R1. The protein was expressed as insoluble aggregatedprotein (inclusion bodies) expressed in high level in Escherichiacoli. The protein was solubilized and in vitro refolded usingsuitable buffer and additives. We then measured the binding ofumami stimuli to T1R1 NTD using fluorescence spectroscopy.Fluorescent assay demonstrated that T1R1 NTD is properlyrefolded and able to bind L-glu with physiological relevantaffinity. The mode of interaction was specific since T1R1 NTDdid not bind sweet stimuli like fructose, sucralose or glycine. Inaddition, we observed that L-glu binding affinity is enhanced inpresence of IMP. To further validate our results, we havegenerated single amino-acid changes in L-Glu and IMP bindingsites. In summary, our expression system will allow large scaleproduction of active protein suitable for structural and functionalstudies

Purification and characterization of recombinant gurmarin secreted by the yeast Pichia pastoris

National audienc

Flavor receptors

National audienc

Strategy for recombinant expression of functional N-terminal domain of human T1R3 taste receptor produced in Escherichia Coli

International audienc