分子レベルでの味覚受容機構の解明とその応用O-Glc-Glc

食品開発における味物質の役割
安全

食品開発のキーワード：美味しい、健康、手軽
味物質を単離して利用する目的とは？

CO-O-Glc

美味しさの付加
HOOC-CH2-CH-COONa+

目的1. 食品の味を一定のレベルに保つ

NH2

日下部裕子
独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構
食品総合研究所 食品機能研究領域
食認知科学ユニット

分子レベルでの味覚受容機構の解明とその応用

美味しい、手軽汎用性があり、手軽に利用できる例）うま味調味料---グルタミン酸ナトリウム

美味しい、健康目的2. 生活の質（QOL）の向上・改善

食事による満足感の付与
例）人工甘味料

生活習慣病などによる食事制限

今までに発見された味物質の例
経験則

食品に含まれる成分から抽出

昆布

ステビア

ビーフブイヨンゴーダチーズステビオシド甘味物質

アラピリダイン
味覚増強物質ペプチド
こく味成分

・食品総合研究所の紹介－自己紹介を兼ねて・味物質開発の意義と歴史
・最近同定された新規味物質について
・分子生物学的手法を用いた新規味物質探索について

グルタミン酸ナトリウム
うま味物質

偶然の産物
人工甘味料
O

・今後の展開に向けた味覚受容機構の研究

CH3

NH2
NH

SO2

サッカリン

実験中に自分の指が甘いことに気がつく
HC

CH2
CONH

CHCOO

CH3CH2COOH

アスパルテームOO
N SO2+
K

アセサルファムＫ

いずれもヒトの感覚（官能評価）で評価している

甘味物質の開発

甘味受容体の解明の模索

目的
嗜好性を維持しつつ低カロリー、低う蝕性を実現する
１

糖質系甘味料・甘味物質の構造から甘味受容体を予測

甘味物質
X

甘味受容体
B

AH

AH

B

X

天然糖→ショ糖、ブドウ糖、果糖など
糖アルコール→ソルビトール、キシリトール

Shallenberger RS and Acree TE. Nature 206: 480-482, 1967.

２

配糖体およびその誘導体

グリチルリチン（甘草成分）
ステビオシド（ステビア成分）

３

アミノ酸、ペプチドグリシン
アスパルテーム

４

純化学合成品・甘味タンパク質の抗体から甘味受容体構造を予測
・人工甘味料に結合するタンパク質の精製の試み

サッカリン、スクラロース、アセサルファムＫ

人工甘味料は偶然発見された・サッカリン 1878年 Constantin Fahlberg
コールタールに含まれる物質についてトルエンを用いて実験中、自分の指が甘い事に気付いた
・シクラメート（チクロ）1937年 Michael Sveda （大学院生）
解熱剤開発中、実験後たばこを吸っていたところ甘味を感じた
・アスパルテーム 1966年 James Schlatter
ガストリン合成過程で中間体のアスパルテームを実験台の上にこぼした後、薬包紙をとるために指を舐めて甘いことに気がつく・アセサルファム K 1967年 Karl ClauB
実験中に指が甘いことに気づき、その原因物質の類縁体であるアセサルファムＫが甘味料として理想的であることを発見

うま味物質の発見
昆布からグルタミン酸ナトリウム(池田菊苗 1907)
鰹節からイノシン酸のヒスチジン塩(小玉新太郎 1913)
干し椎茸からグアニル酸(国中明 1956)

嗜好性を高める物質の開発

Ｌ-グルタミン酸ナトリウムの発見

メーラード反応生成物の呈味性に関する研究

湯豆腐の出汁の味に興味
３８kgの昆布の煮汁からL-グルタミン酸ナトリウムを抽出
うま味の正体であることを発見（1908年）

Soldo T. et. al. Chem. Senses 28, 371-379 (2003)

ペプチドの呈味性に関する研究

cf グルタミン酸は1866年にドイツのRitthausenが小麦タンパク質グルテンより同定
Dunkel A. et. al. Agricultural and Food Chemistry 55, 6712-6719 (2007)

核酸のうま味相乗効果の発見
国中明：ヤマサ研究所

アラピリダインについてグルコースとアラニンを混ぜた溶液を加熱してHPLCで分画し、各フラクションについて甘味増強度を官能試験で評価・坂口謹一郎教授と核酸分解酵素の研究を行った
・鰹節のうま味成分が5’-イノシン酸であることを発見（1955年）
・酵母のRNAを分解して5’-イノシン酸を作るアオカビの酵素（Nuclease P1)を発見（1957年）
・ 5’-グアニル酸が椎茸のうま味成分であることを発見
・呈味ヌクレオチドとグルタミン酸ナトリウムのうま味相乗効果を発見（1960年）
Ottinger H. et. al. J. Agric. Food Chem. 2003, 51, 1035-1041

アラピリダインは甘味、うま味、塩味を増強する

ゴーダチーズ熟成により生じるγ-グルタミル化ペプチド(2009)
４週熟成チーズ
抽出物
主要成分混合物

４４週熟成チーズ
抽出物
γ-Glu-Glu, γ-Glu-Gly, γ-Glu-Gln,
γ-Glu-Met, γ-Glu-Leu γ-Glu-His
主要成分混合物

Soldo T. et. al. Chem. Senses 28, 371-379 (2003)

ビーフブイヨンにも含まれている

Toelstede S. et. al. Agricultural and Food Chemistry 57, 1440-1448 (2009)

味覚研究の背景γ-グルタミル化ペプチドがこく味を担う豆の抽出物から「こく」を担うペプチドを同定(2007)

食品科学—呈味物質を中心とした研究
新規味物質の発見・同定

ビーフブイヨンのみ類縁体の呈味性の検討
γ-Glu-Leu
γ-Glu-Valγ-Glu-Cys-βAla
ビーフブイヨン＋煮豆抽出物

味の評価

製造法の検討
製品化へ向けての検討
ビーフブイヨン＋生豆抽出物

Dunkel A. et. al. Agricultural and Food Chemistry 55, 6712-6719 (2007)

製品

人間の感覚が頼り

味を感じる仕組み

私たちの目指す味物質探索法
薬品開発を参考にした味物質の開発法

味蕾

味覚受容・伝達機構の解明
分子機構の解明 物質の予測

物質の収集

特定の分子を標的とした探索？

培養細胞を用いた味覚受容機構の再現
培養細胞、抗体、DNAチップなど非個体を使用候補物質の取得

再現性
客観性
安全性
効率性

動物を用いた検証
ヒトへの効果の検証

官能評価

実用化

味を感じる仕組み

味細胞

応答○ 培養×

赤：苦味受容細胞
緑：甘味受容味細胞

味細胞前駆細胞応答×

培養○・探索系に味細胞を利用したい

味応答可能な培養細胞を作製する

・成熟した味細胞は殆ど増殖しない・味覚受容体の・味応答する細胞を安定して供給するには？

解明と利用

甘味・うま味受容体T1r3の同定
マウス系統間の味感受性の差に着目
サッカリン感受性が高いマウス

有郭乳頭

二瓶選択法

Saccharin Preference

味蕾

100

味細胞

C57BL/6NCrj (C57BL/6)
サッカリン感受性が低いマウス
茸状乳頭

サッカリン消費量比 (%)

葉状乳頭

受容する味物質が異なる細胞の集団（甘味受容細胞、苦味受容細胞、etc.）

80
60
40
200

BALB/c水
サッカリン 10mM

味細胞は味物質を受容すると興奮し、味の情報を味神経を経由して脳に伝達する。
BALB/cAnNCrj (BALB/c)

サッカリン
消費量比 (%)=

C57BL/6

水あるいは サッカリン摂取量×100
水分摂取総量(水 +サッカリン）

味覚受容体の利用による味覚応答の再現

甘 味・ うま味受容体の同定

甘味受容体発現細胞(T1r2/T1r3)

甘味・うま味受容体の取得---マウス系統間の味感受性の差の原因遺伝子
サッカリン感受性が高いマウス

うま味受容体発現細胞(T1r1/T1r3)

マウス第4染色体

T1r2

味覚受容体
甘味受容体

C57BL/6NCrj (C57BL/6)

T1r1

サッカリン感受性が低いマウス

うま味受容体Sa c

T1r3

甘味+阻害剤
▼

甘味▼

2.3

甘味▼

うま味 うま味+阻害剤
▼
▼

2.3

2.1

2.1

1.9

1.9

1.7

1.7

1.5

1.5
1.3

1.3

1.1

1.1

0.9

0.9
0

2

4

68101214

16182022 (min)024

68101214

甘味 = 10mM アセスルファムK
うま味 = 5mM グルタミン酸Na + 2.5mM イノシン酸Na剤 = 0.625mM ラクチゾール（甘味・うま味阻害剤）

BALB/cAnNCrj (BALB/c)

味覚受容体を利用して味応答を測定するには？
味覚受容体の同定

うま味▼16182022 (min)阻害

味応答する細胞を用いた新規味物質探索系の構築
解決すべき問題点：探索の効率性

うま味

甘味苦味

T1r1/T1r3

T1r2/T1r3

T2rs

酸味

実験室レベル：１検体ずつ測定
サンプル量約1 ml

細胞膜

多検体微量試料を連続的・併行的に評価するシステム
・８検体ずつ測定
・サンプル量レベル：約 10 μl

PKD2L1/PKD1L3

目指す探索系のイメージ図

味に応答する培養細胞の作製
味覚受容体

食品由来の試料潅流して連続的に測定を行う

96 well プレート

蛍光顕微鏡の視野

蛍光指示薬
培養細胞

味刺激導入

味覚受容体遺伝子

味応答を人工的に再現できる培養細胞

細胞の光る強度で味応答を測定するサンプル導入

探索のツールとして利用

培養細胞を播種した8本の流路排出微小空間を利用した細胞応答測定システムの製品化

うま味増強物質探索研究のコンセプト

細い流路への培養細胞の播種

伝統食品由来食品抽出物

新規味物質探索系

製品化

セルチップ
5 mm

新規味物質・味覚増強物質の取得

播種した細胞の応答能確認
0.05mm3 (50 nL)

・地域農産物のブランド化
・国内農林水産業の活性化

1 mm
500 μm

刺激100 μm

刺激応答の確認ナトリウム塩摂取量の低減

刺激応答
浜松ホトニクス製品情報より抜粋

美味しさ

両立

健全な食生活美味しさと健康を兼ね備えた食品の開発

100 μm

うま味増強物質探索研究のコンセプト
高血圧予防を目指した伝統食品由来新規味物質の探索
細胞応答を測定
96 well プレート

伝統食品由来
食品抽出物

うま味受容体発現細胞を播種したセルチップ

うま味増強物質の探索
うま味増強物質の取得
食品への利用ナトリウム塩摂取量の低減

味覚受容体を用いた新規味物質探索は世界レベルで行われているDNAマイクロアレイを用いた発現様式の比較
味蕾上皮今後の展開を目的とした味覚受容機構の研究

100.00 Area 1 Area 2(19.8%) (15.1%)
Signalintensity味蕾 (TB)より人間が味を受け取る仕組みに近い培養細胞を構築するために

065536

Area1, Area2に属するクローンを味蕾特異的遺伝子の候補として選抜

10.00

1.00

apoA1

Rejection Area
1.00

apoA1

cDNAマイクロアレイを用いた味蕾特異的遺伝子の探索
cDNAライブラリーの作製

cDNAマイクロアレイの作製

ハイブリダイゼーション
味蕾と上皮の発現様式を比較

100.00プローブの作製

有郭乳頭上皮

●●●●●
●●●●●
●●●●●
●●●●●

上皮 (EP)Gα14が舌の奥の味蕾に発現することを発見

有郭乳頭

●●●●●
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●●●●●
●●●●●

10.00

・1つの味蕾
・味蕾を含まない
舌上皮

葉状乳頭茸状乳頭

軟口蓋

Gα14はT1r3と共発現する

現在機能を解析中