Notre attirance pour le sucre a atteint un niveau malsain. Aux États-Unis, la personne moyenne consomme désormais plus de 100 livres de trucs sucrés, contre 18 livres en 1800.
Avec de nouvelles recherches publiées le 7 mai à Cell, les scientifiques de l'Université de Columbia ont franchi une étape majeure vers le traitement de cette crise de santé publique. Pour la première fois, ils ont cartographié la structure 3D du récepteur du goût sucré humain, la machine moléculaire qui nous permet de goûter des choses sucrées. Cela pourrait conduire à la découverte de nouveaux régulateurs du récepteur qui modifieraient considérablement notre attirance et notre appétit pour le sucre.
Le rôle principal que le sucre joue dans l'obésité ne peut pas être négligé. Les édulcorants artificiels que nous utilisons aujourd'hui pour remplacer le sucre ne changent tout simplement pas notre désir de sucre. Maintenant que nous savons à quoi ressemble le récepteur, nous pourrions être en mesure de concevoir quelque chose de mieux. «
Juen Zhang, PhD, co-prime auteur de l'étude, boursier postdoctoral au laboratoire de Charles Zuker, PhD, au Columbia's Zuckerman Institute et au Howard Hughes Medical Institute
Les récepteurs sucrés sur notre langue peuvent détecter un grand nombre de produits chimiques différents qui ont un goût sucré, du sucre de table commun (également appelé saccharose) aux enzymes antimicrobiennes dans les œufs de poulet. Contrairement à d'autres récepteurs pour les goûts amers, aigres ou autres, nos capteurs sucrés ont évolué pour ne pas être très sensibles. Cela nous aide à nous concentrer sur les aliments riches en sucre pour l'énergie et entraîne le besoin de beaucoup de bonbons pour satisfaire notre dent sucrée.
La détermination de la structure du récepteur sucré humain est la clé pour comprendre comment elle nous aide à détecter le goût sucré, faisant avancer fondamentalement notre compréhension de la perception du goût. Il y a plus de 20 ans, le Dr Zuker et ses collègues ont découvert les gènes derrière le récepteur du goût sucré des mammifères. Ce travail historique a révélé sa formule chimique, mais jusqu'à présent, personne ne connaissait sa forme précise, un peu comme la connaissance de la recette d'un gâteau ne vous dira pas à quoi ressemblera la pâtisserie une fois terminé.
Sans cette connaissance, la compréhension de la base moléculaire de la détection sucrée pour concevoir rationnellement les moyens de réguler la fonction de ce récepteur essentiel a été un défi, a déclaré le Dr Zuker, dans le laboratoire duquel ce nouveau travail a également été réalisé.
« Tous les édulcorants artificiels que nous utilisons aujourd'hui ont été découverts par accident, soit sur la base de molécules connues au goût sucré », a déclaré le co-auteur de l'étude, Brian Wang, assistant de recherche dans le laboratoire de Zuker. « En conséquence, la plupart des édulcorants artificiels ont des inconvénients. »
Le nouveau travail correspond à la structure du récepteur du goût sucré humain dans des détails sans précédent, à une résolution aussi bonne que 2,8 angstroms. En comparaison, le plus petit atome, l'hydrogène, est légèrement supérieur à une largeur angstrom.
Il a fallu aux chercheurs des approches innovantes et environ trois ans pour cartographier la structure du récepteur du goût sucré humain, en grande partie, car il s'est avéré difficile de développer cette protéine sur les cellules dans les plats de laboratoire.
« Le simple fait d'obtenir la protéine purifiée dont nous avions besoin pour cartographier la structure a pris plus de 150 préparatifs différents au cours de trois ans », a déclaré le co-pri-premier auteur de l'étude, Zhengyuan Lu, un doctorant au Zuker Lab.
Les scientifiques ont ensuite utilisé la microscopie cryo-électron (cryo-EM) pour analyser le récepteur du goût sucré humain. Cette technique tire des faisceaux d'électrons à des molécules qui ont été gelées en solution, aidant les chercheurs à capturer des instantanés de ces molécules sous différents angles, à partir desquels ils peuvent reconstruire leurs structures tridimensionnelles au niveau atomique.
D'une importance particulière, Cryo-Em a révélé la poche de liaison du récepteur: la cavité où les choses sucrées collent et déclenchent l'ensemble des réactions qui entraînent notre fort appétit pour les bonbons.
« La définition de la poche de liaison de ce récepteur est absolument vital pour comprendre sa fonction », a déclaré le co-auteur de l'étude, Anthony Fitzpatrick, PhD, chercheur principal au Columbia's Zuckerman Institute. « En connaissant sa forme exacte, nous pouvons voir pourquoi les édulcorants s'y attachent et comment fabriquer ou trouver de meilleures molécules qui activent le récepteur ou régulent sa fonction », a ajouté le Dr Fitzpatrick, qui est également professeur adjoint de biochimie et de biophysique moléculaire au Columbia's Vacelos College of Physicians and Surgeons.
Le récepteur du goût sucré humain se compose de deux moitiés principales. L'un d'eux, nommé TAS1R2, possède la poche de liaison, un composant ressemblant à un Vénus FlyTrap. Connaître la structure de cette partie peut également nous aider à comprendre pourquoi les gens diffèrent dans leur sensibilité aux bonbons.
Les scientifiques ont cartographié la structure du récepteur car il liait deux des édulcorants artificiels les plus couramment utilisés, l'aspartame et le sucralose. Ce sont respectivement 200 et 600 fois plus doux que le saccharose.
Les chercheurs ont ensuite systématiquement modifié de minuscules parties du récepteur. Cela a aidé à faire la lumière sur le rôle que chacune de ces parties joue dans la liaison aux édulcorants, a déclaré le co-auteur de l'étude Ruihuan Yu, un doctorant au Zuker Lab.
« Nous essayons de faire avancer notre compréhension de la science pour pouvoir aider les gens », a déclaré le co-auteur de l'étude Andrew Chang, technicienne de recherche au Fitzpatrick Lab.
Bien que le récepteur du goût sucré humain se trouve principalement sur des papilles gustatives dans la bouche, le Dr Zhang a noté qu'il était également dispersé dans tout le corps, où il peut jouer un rôle dans la fonction des organes tels que le pancréas. En tant que tel, la nouvelle carte de la structure de ce récepteur pourrait soutenir la recherche en étudiant notre métabolisme, ainsi que dans des troubles tels que le diabète.
