Neue Rolle für Geschmacksrezeptoren: Bitterrezeptoren könnten als endogene Sensoren für Gallensäuren dienen

Geschmacksrezeptoren finden sich auch auf Zellen außerhalb des Mundraumes. Wie eine neue Studie 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, potenzielle 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 Gastrointestialtraktes 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 PD Dr. Maik Behrens vom Freisinger Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München 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 mithilfe von Modellierungsstudien charakterisieren, sondern sogar die Unterschiede der experimentellen Aktivitätsdaten reproduzieren“, ergänzt Dr. 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”, fasst Studienleiter Behrens zusammen. „Sie untermauern zudem die These, dass nicht nur äußere Faktoren wie bittere Nahrungsbestandteile die Evolution der Bitterrezeptoren beeinflusst haben, sondern auch körpereigene.” 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.

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. 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 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 Escherichia 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.