【三島海雲学術賞】（自然科学部門）

新規機能解析技術を用いた嗜好味受容体 T1R の機能と食物成分との関わりの解明

戸田

明治大学農学部農芸化学科
緒言安香

特任講師

弱い蛍光物質による干渉が生じるのに対し、発光検出系味覚は、食物を摂食可能であるかを決定する上で重要では事実上バックグラウンドがない状態での測定が可能な化学感覚である。味は旨味、甘味、苦味、酸味、塩味なため、蛍光検出系に比べ高いシグナル／バックグラウの五基本味からなり、口腔中の味蕾にはそれぞれの味にンド比を実現することも可能である。

1）

対応した受容体タンパク質が存在する 。そのうち嗜好用いる発光タンパク質の種類を検討し、発光タンパク味である旨味と甘味の受容はクラス C の G タンパク質共質をミトコンドリア内に局在化させる等の工夫を重ねた役型受容体（GPCR）である T1R ファミリーが担ってお結果、味覚受容体の活性化の強さを発光値として検出す

り、旨味受容体と甘味受容体はそれぞれ T1R1 と T1R3ることに成功した。新しく構築した発光検出系は、蛍光あるいは T1R2 と T1R3 のヘテロ二量体から構成される。

物質を含む食品由来サンプルの測定にも用いることがで味覚受容体と味物質の相互作用を解析する手法としきた3）。また、発光検出系では発光値の検出にスルーて、細胞内カルシウムアッセイが広く用いられてきた。

プットの高いマイクロプレートリーダーを用いることか

この評価系では、培養細胞に味覚受容体および G タンパら、味覚修飾作用を有する食品成分の大規模スクリーニク質を強制発現させ、味物質添加時の受容体の活性化のングにも役立つものとなった。さらに、世界でもほとん強さを細胞内カルシウムイオン濃度の変化量として数値ど例のない旨味受容体の高感度評価系構築に成功したこ化する。細胞内カルシウムイオンの検出には、カルシウとから、世界をリードした旨味受容体研究の推進が可能

ム感受性蛍光指示薬が広く用いられてきた。しかし、サとなった4）。

ンプル中にビタミン類やメイラード反応物質などの蛍光

これまで旨味受容体の天然リガンドはアミノ酸とヌク物質が含有される場合、この蛍光検出系を利用すること

レオチドしか知られていなかった10）。筆者は開発した発ができない。そのため、蛍光物質を含有するサンプルで光検出系を用いることで、醤油やトマト、チーズの主要も測定が可能な新規味覚評価系の開発が望まれていた。

香気成分の一つであるメチオナールが旨味受容体活性化

また、味覚受容体発現細胞では、味物質添加時にごくわ能を有することを発見した。さらに、受容体の変異体解ずかにしか細胞内カルシウムイオン濃度が変化しないことから、検出感度の高い評価系の開発が求められていた。
実験方法と結果
1.

味覚受容体の新規機能解析技術の開発とおいしさに寄与する成分の同定
従来用いられてきた蛍光検出系の有する課題を解決するために、筆者は新たにカルシウム結合型発光タンパク質2）を用いた発光検出系を導入した（図 1）。発光検出系
では、検出の際に励起光の照射が不要なため、サンプル自体が蛍光特性を有する場合も影響を受けずに測定が可

図1

能である。また、蛍光検出系では培養細胞内に存在する
1

カルシウム結合型発光タンパク質を用いた味覚受容体の機能解析技術

戸田安香

析を行うことで、メチオナールが旨味受容体の活性を調ことを明らかにした（図 2）。鳴禽類の共通祖先はオー

節する分子機構を解明した5）。

ストラリアに生息していたと考えられているが、現在は日本を含む全世界に分布している。本研究から、祖先の旨味受容体の機能と食物成分の関わりの解明

2.

旨味受容体に生じた遺伝子変異によって、長距離移動

近年、様々な生物のゲノム配列が解読され、味覚受容（渡り）時や主食が不足する季節の重要な食糧源として体遺伝子と動物の食性に深い関わりがあることがわかっ

花蜜を有効利用できるようになり、鳴禽類が鳥類最大勢てきた。しかし、これまでの研究は、肉食動物であるネ力へと繁栄するのに貢献した可能性が示された9）。

コでは甘味受容体6）が、肉食から竹食に転向したパンダ
では旨味受容体が偽遺伝子化している7）といった、遺伝2.2

ヒトにおけるグルタミン酸の旨味の起源解明

子配列のみを解析したものがほとんどだった。そこで、ヒトの旨味受容体は昆布の旨味成分であるグルタミン味覚受容と動物の食性の関わりをより深く理解するため酸に強く応答する。また、鰹だしの旨味成分であるイノに、様々な脊椎動物を対象に味覚受容体の機能を解析すシン酸や干しシイタケの旨味成分であるグアニル酸とることとした。

いったヌクレオチドによって、グルタミン酸の旨味応答が増強される 10, 11）。しかし、魚類やマウスの旨味受容2.1体はグルタミン酸では活性化されないため 10, 12）、グル

鳥類における旨味受容体の糖受容能獲得

肉食恐竜を祖先とする鳥類は、甘味受容体が偽遺伝子タミン酸を検出する能力がいつ、どのような理由で獲得化しており、甘味を感じないと考えられてきた。しかされたかは不明だった。そこで筆者は、ヒトとマウスのし、鳥類の中には花蜜を食するものが多く存在し、花蜜旨味受容体を比較解析することで、グルタミン酸受容能食鳥類がどのように花蜜の味を感知しているかは謎だっ獲得の分子基盤を明らかにした4）。さらに、早川卓志助た。筆者は、Maude Baldwin 博士（Max Planck 鳥類研教（北海道大学）らとの共同研究により、ヒトを含む究所）と共同研究を行い、花蜜を主食とするハチドリ

17 種の霊長類を解析対象としたところ、旨味受容体が（アマツバメ目）においては旨味受容体が糖受容体としグルタミン酸で強く活性化される霊長類は、葉を主要な8）て機能していることを明らかにした （図 2）。この結果タンパク質供給源として利用していることを示した13）。

は、動物の食性に応じて旨味受容体が新たな機能を獲得一方、旨味受容体がグルタミン酸で強く活性化されないした例を世界で初めて示したものだった。しかし、ハチ

霊長類は、体が小さく、昆虫にタンパク質供給を頼ってドリは近縁種のアマツバメと分岐した後に旨味受容体のいることを見出した。さらに、霊長類の共通祖先の旨味糖受容能を獲得しており、ハチドリ以外の鳥類が花蜜の受容体はグルタミン酸ではなくヌクレオチドセンサーと味をどう検出しているかは不明だった。

して機能していたことも示した。また、成分分析を行う

そこで、筆者と Baldwin 博士は、現在生息する鳥類のことで、昆虫にはヌクレオチドとグルタミン酸の両方が約半数を占める鳴禽類（スズメ亜目）を次なる研究対象豊富に含まれているのに対し、葉にはグルタミン酸は含とした。その結果、鳴禽類の共通祖先の旨味受容体が、まれているもののヌクレオチドがほとんど含まれていなハチドリとは異なる分子機構で糖受容能を獲得していたいことを見出した13）。つまり、体が小さく昆虫食だった

図2

鳥類 T1R1/T1R3 における糖受容能獲得（A）ハチドリやヒヨドリ（鳴禽類）の旨味受容体は糖に応答する。
（B）メジロキバネミツスイでは T1R1 の細胞外領域、ハチドリでは T1R3 の細胞外領域に、糖受容能獲得に寄与したアミノ酸変異が同定された。
2

新規機能解析技術を用いた嗜好味受容体 T1R の機能と食物成分との関わりの解明展開し、食を通じた健康な生活に貢献したいと考えている。
要

約
味は甘味、旨味、苦味、酸味、塩味の五基本味からなり、口腔中に存在するセンサー分子（味覚受容体）により受容される。筆者は、味覚受容体の新しい機能解析技術を開発した。特に、世界でもほとんど成功例のない旨味受容体の高感度ハイスループットアッセイ系の構築に
図3

成功することで4）、身近な食品中に旨味受容体活性能を霊長類における旨味受容体の機能とタンパク質供給源の比較有する成分を見出した。例えば、醤油やチーズ、トマトの主要香気成分であるメチオナールが旨味受容体を活性

霊長類の共通祖先を含む小型昆虫食霊長類の旨味受容体は、昆虫に豊富に含まれるヌクレオチドに高感受性だった。一方、ヒトの祖先を含む、葉にタンパク質供給源を頼る大型霊長類の旨味受容体は、葉に豊富に含まれるグルタミン酸のセンサーへと機能転換した。

化することを明らかにした5）。また、一般的なモデル実
験動物に限らない、幅広い脊椎動物へと研究対象を広げることで、食嗜好性形成における旨味感覚の重要性を明らかにした。例えば、鳥類は甘味受容体が偽遺伝子化し霊長類の祖先は、昆虫に豊富に含まれるヌクレオチドをており、甘味を感じないと考えられてきたが、花蜜を食検出するのに最適な旨味受容体を持っていた。一方、ヒするハチドリ8）や鳴禽類9）においては旨味受容体が糖受トを含む一部の大型化した霊長類は、昆虫だけではタン容体として機能し、花蜜の味検出に貢献していることをパク質の量を補い切れないため、葉をタンパク質供給源明らかにした。また、ヒトは昆布の旨味成分であるグルとして利用する必要があった。旨味受容体をヌクレオチタミン酸に強い旨味を感じるが、このグルタミン酸嗜好ドセンサーからグルタミン酸センサーへと変化させたこ

性は、霊長類の進化の過程でタンパク質供給源として苦とで、ヌクレオチドを含まない葉をおいしく味わえるよ

い葉をおいしく利用するために獲得されたことを示しうになったと考えられる（図 3）。これまで筆者は、緑た13）。

茶中のアミノ酸であるテアニンが旨味受容体を活性化
謝し、緑茶のおいしさに貢献していることも見出してい辞14）る 。ヒトが緑茶を苦くても「おいしい」と感じるのと本研究は東京大学大学院農学生命科学研究科ならびに似たような感覚で、森の中の霊長類たちは葉をおいしく明治大学農学部農芸化学科において行ったものです。本

味わい、有用なタンパク質供給源として活用しているの研究の機会を与えて下さった阿部啓子先生（東京大学）、ではないだろうか。

三坂巧先生（東京大学）、石丸喜朗先生（明治大学）に心より感謝いたします。また、貴重なサンプルを御提供

考察いただき、研究に関する多くの御助言を頂きました今井

筆者は自らが開発した機能解析技術を用いることで、

啓 雄 先 生（京 都 大 学）、 河 村 正 二 先 生（東 京 大 学）、食品中のおいしさに寄与する成分の同定や分子機構解明

Maude W. Baldwin 博士（Max Planck 鳥類研究所）、早および、味覚が食物選択に果たす役割の重要性を示して

川卓志先生（北海道大学）をはじめとした多くの共同研きた。今後は、研究対象を脊椎動物全般へと拡大し、甘究者の皆様に心より御礼申し上げます。また本研究を三味受容体へも応用展開していくことで、「おいしさ」に島海雲学術賞にご選出下さいました選考委員の先生方、欠かすことができない嗜好味（旨味・甘味）の起源を全公益財団法人三島海雲記念財団の関係者の皆様ならび貌解明したいと考えている。に、本賞にご推薦下さいました日本農芸化学会・松山旭会長に厚く御礼申し上げます。

また、近年、味覚受容体は口腔内だけでなく、全身の様々な組織に発現し、栄養素や異物の検出にも貢献して文いることがわかってきた。味覚受容体の機能解明を通じて、味覚受容体の味受容以外の未知機能解明へと研究を献1） 戸田安香・石丸喜朗：臨床栄養，133, 2–7, 2018.

3戸田安香9） Y. Toda, et al.:
. 373, 226–231, 2021.
10） G. Nelson, et al.:
, 416, 199–202, 2002.
11） F. Zhang, et al.:
, 105, 20930–20934, 2008.
12） H. Oike, et al.:, 27, 5584–5592, 2007.
13） Y. Toda, T. Hayakawa et al.:, 31, 4641–4649,Correction 4675–4676, 2021.
14） M. Narukawa, Y. Toda et al.:, 46, 1583–1587, 2014.

2） O. Shimomura, et al.:
, 59, 223, 1962.
3） Y. Toda, et al.:
, 59, 12131–12138,2011.
4） Y. Toda, et al.:
, 288, 36863–36877, 2013.
5） Y. Toda, et al.:
, 8, 11796, 2018.
6） Li, et al.:
, 1, 27–35, 2005.
7） Li, et al.:
, 463, 311–317, 2010.
8） M. W. Baldwin, Y. Toda et al.:
. 345, 929–933,
2014.

著者紹介
戸田安香（トダ2007 年 3 月
2007 年 4 月
2014 年 12 月
2017 年 5 月
2018 年 4 月
2021 年 4 月ヤスカ）

埼玉県生まれ東京大学農学部獣医学課程卒業
キッコーマン株式会社研究開発本部研究員
博士（農学）
明治大学農学部農芸化学科研究員
日本学術振興会特別研究員 PD
明治大学農学部農芸化学科特任講師

専門分野：
食品機能学。おいしさ研究を通じて、食と健康に貢献できればと思います。また、女性研究者の良きロールモデルとなれるよう、研究と教育活動に日々精進いたします。

4