Transduction gustative (1)
Généralités et saveur salées et acides

Physiologiquement, la sensation du goût est provoquée par la stimulation des récepteurs sensoriels, les bourgeons du goût, localisés dans la cavité buccale.

Ces cellules gustatives doivent

• transformer le signal chimique de la saveur en un signal électrique ;
• transmettre ce signal par les voies gustatives pour atteindra finalement le cortex gustatif primaire, mais aussi le cortex orbitofrontal, dont la partie caudolatérale forme le cortex gustatif secondaire.

Le cortex orbitofrontal permet d'avoir une sensation globale de la nourriture et entre en jeu dans le processus de décision.

Généralités sur la transduction gustative

La sensation gustative est provoquée par :

1. la dissolution de la substance chimique, dans ce cas on parle de substance sapide, dans la salive,
2. sa diffusion vers le pore gustatif,
3. l'absorption par les microvillosités des cellules gustatives qui, comme toutes les cellules, sont polarisées.

Les stimuli provoquent une dépolarisation de la cellule par deux grands types de récepteurs  :

• les canaux ioniques qui détectent les composés salés et acides,
• les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR), dont l’activation détectent les composés sucrés, amers et l’umami.

La dépolarisation provoque la libération d'un neurotransmetteur qui transmet l'excitation aux terminaisons nerveuses, où elle donne naissance à des potentiels d'action.

1. Le codage est quantitatif : plus la concentration en molécules sapides augmente (plus les potentiels d'action sont fréquents), plus la saveur est intense.

2. Le codage qualitatif est moins précis : les fibres gustatives sont sensibles à toutes les saveurs.

• On localise souvent la perception d'une saveur dans une région précise de la langue. Ceci est faux car chaque saveur est perçue sur toute la surface de la langue, mais de manière un peu différente (perception des saveurs).
• Les fibres gustatives réagissent à une faible concentration d'un stimulus gustatif donné, mais répondent également à des concentrations plus élevées d'autres goûts (comme dans d'autres sens, par exemple l'audition).

Les récepteurs de l'amer, détectant en règle générale les substances toxiques, sont plus sensibles que les récepteurs de l'acide, eux-mêmes, plus sensibles à ceux du sucré et du salé.

La transduction des cinq goûts primaires est différente selon la saveur en cause :

• transduction par des cations pour les saveurs salées et acides ;
• transduction des molécules sapides par des protéines réceptrices dimériques localisées dans la membrane des cellules réceptrices pour les saveurs amères, sucrées et umami.

Transduction par des cations

Saveur salée

Les ions sodium (Na⁺) sont principalement à l'origine du goût salé qui serait perçus par les cellules de type I.

Les sels de potassium (K⁺), ou de lithium (Li⁺), ces derniers utilisés dans d'un traitement stabilisateur de l'humeur, sont aussi perçus comme salés.

Récepteurs

Les ions sodium (Na⁺) sont transportés à travers la membrane par des canaux ioniques qui ne sont pas en encore bien répertoriés (The cells and peripheral representation of sodium taste in mice 2010).

1. Un canal sodium spécifique et sélectif, le canal au sodium épithélial (ENaC ou Epithelial Na Channel), inhibé par l'amiloride et activé par des concentrations basses en Na⁺ (Amiloride-sensitive channels in type I fungiform taste cells in mouse 2008)

• Ce canal est retrouvé sur de nombreux épithéliums : pulmonaires, rénaux, coliques distaux, glandes exocrines… (1.A.6 The Epithelial Na+ Channel (ENaC) Family).
• Cette famille appartient à la superfamille ENaC/P2X. Les récepteurs ENaC et P2X, ce dernier récepteur purique est retrouvé dans la transduction gustative par les récepteurs dimériques, sont des structures tridimensionnelles similaires et sont homologues (Phylogenetic Characterization of Transport Protein Superfamilies: Superiority of SuperfamilyTree Programs over Those Based on Multiple Alignment 2012)

Sa structure a été décrite (Structure of the human epithelial sodium channel by cryo-electron microscopy 2018).

2. Un autre canal serait le canal TRPV1 (Transient Receptor Potential V1), canal cationique non sélectif faisant partie des canaux TRP (Transient Recepteur Potentiel), et en particulier des TRPV (V pour vanilloïde).

TRPV1 détecte de nombreux sels et serait activé par des concentrations élevées en Na⁺( rôles de TRPV1)

Lorsque la concentration de Na⁺ augmente (quand nous mangeons quelque chose de salé), les ions :

• diffusent à l'intérieur de la cellule gustative (suivant le gradient de Na⁺),
• provoquent un courant qui dépolarise la cellule, ce qui provoque la libération de neuromédiateurs dans les fibres nerveuses transportant l'information jusqu'au cerveau.

On a retrouvé des récepteurs à l'ocytocine (OXTR) dans les cellules de type I seraient également présents pour moduler la signalisation gustative et la sortie sensorielle afférente (Oxytocin Signaling in Mouse Taste Buds 2010).

Une telle modulation viendrait compléter les voies centrales de la régulation de l'appétit, sachant que l'ocytocine agit sur les circuits cérébraux pour inhiber la prise de nourriture ( ocytocine et comportement alimentaire).

Cellules de type I : autres rôles

Les cellules de type I, outre la perception du goût salé, dégradent et absorbent les neurotransmetteurs comme :

• l'enzyme NTPDase2 (Nucleoside Triphosphate Diphosphohydrolase-2) qui transforme l'ATP en ADP et joue un rôle dans la transduction sucrée ;
• GLAST (GLutamate ASpartate Transporter ou EAAT, Excitatory Amino Acid Transporter) qui est un co-transporteur Na⁺/glutamate qui intervient dans la saveur umami et peut être VGLUT1, un autre transporteur MFS du glutamate des neurones ;
• NET (NorEpinephrine Transporter), un transporteur de la noradrénaline (Biogenic amine synthesis and uptake in rodent taste buds 2007) ;
• GAD 65, qui est une glutamate décarboxylase, indispensable pour la synthèse du GABA qui pourrait agir sur les cellules réceptrices de type II et sur les fibres gustatives afférentes (GABA, Its Receptors, and GABAergic Inhibition in Mouse Taste Buds 2011).

Les cellules de type I jouent aussi un rôle dans l'homéostasie potassique.

• Elles éliminent le K⁺ extracellulaire qui s’accumule après les potentiels d’action émis par les cellules réceptrices (de type II) et les cellules présynaptiques (de type III).
• Le K + peut être transporté à l'extérieur de la cellules par un canal K apical, ROMK (renal outer medullary potassium channel ou canal potassique médullaire externe rénal ou Kir1.1) qui fait partie de la famille des canaux Kir1, canaux à rectification entrante (The inward rectifier channel, ROMK, is localized to the apical tips of glial-like cells in mouse taste buds 2009).

Saveur acide

Les acides libèrent des ions hydrogène (H⁺), à l'origine du goût acide qui active directement les cellules présynaptiques de type III.

Récepteurs

1. Comme pour le goût salé, les canaux ioniques exacts ne sont pas bien connus. Certains sont fortement pré-sentis comme :

PKD2L1 (Polycystic Kidney Disease-Like PKD2L1), sensibles aux acides forts (The candidate sour taste receptor, PKD2L1, is expressed by type III taste cells in the mouse 2008) ou plutôt, PKD2L1-PKD1L3 (Activation of Polycystic Kidney Disease-2-like 1 (PKD2L1)-PKD1L3 Complex by Acid in Mouse Taste Cells 2010).

• Ce canal n’est pas un canal traditionnel lié au ligand : le stimulus acide ferme le canal et celui-ci ne s'ouvre qu’après le retrait du stimulus : ce mécanisme est appelé " réponse off ". Cette réponse dépolarise la cellule. Ce pourrait être l'hypersalivation lors de perception acide qui pourrait entraîner le décrochage du ligand.
• La structure de PKD2L1 a été dévoilée (Cryo-EM structure of the polycystic kidney disease-like channel PKD2L1 2018).

ASIC2 (Acid-Sensing Ion Channel 2 ou canal ionique sensible à l’acide de type 2) est sensible aux acides faibles (Sour Taste Responses in Mice Lacking PKD Channels 2011).

Les canaux HCN (Hyperpolarization-activated Cyclic Nucleotide-gated channels) pourraient aussi intervenir.

2. Une autre hypothèse repose sur le passage de la membrane plasmique par des acides acides non dissociés qui diminueraient le pH intracellulaire.

Cellules de type III : autres rôles

On trouve aussi dans ces cellules de type III :

• 

  la sérotonine (5-HT) qui inhibe les cellules réceptrices de type II ;
• GAD 67, enzyme qui transforme le glutamate intracellulaire en GABA (GABA, Its Receptors, and GABAergic Inhibition in Mouse Taste Buds 2011) ;
• la noradrénaline (Human Taste Thresholds Are Modulated by Serotonin and Noradrenaline 2006) ;
• SNAP25, une protéine SNARE qui joue un rôle dans l'exocytose et donc la transmission synaptique.

Les cellules présynaptiques de type III peuvent être activées par plusieurs mécanismes distincts :

• soit par une variation de pH vue plus haut ;
• soit, de façon indirecte, par l’ATP libéré suite à l’activation d’une cellule de type II. Cet ATP se fixe sur des récepteurs purinergiques P2Y4, exprimés à la surface du corps cellulaire. Le récepteur P2Y4 est couplé à une phospholipase C et active la voie de l’IP3 pour permettre la libération du calcium des stocks intracellulaires.
• soit, semble-t-il, par le glutamate (activant des récepteurs NMDA ou kainate - infos -) libéré par les fibres nerveuses afférentes via les transporteurs VGLUT1 et 2 (Evidence for a role of glutamate as an efferent transmitter in taste buds 2o10 et Glutamate May Be an Efferent Transmitter That Elicits Inhibition in Mouse Taste Buds 2012).

L’augmentation de calcium intracellulaire provoquée par cette activation déclenche la libération de sérotonine par exocytose, et donc l'inhibition de l'ATP.

Qui qu'il en soit, les différentes dépolarisations par ouverture des canaux Na⁺, K⁺ ou Ca⁺⁺ déclenchent le potentiel d'action, en relarguant l'on calcium (Ca⁺⁺) qui active le complexe SNARE. SNARE permet la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane cytoplasmique de la cellule présynaptique (de type III) ce qui provoque :

• soit la libération du la noradrénaline ou du GABA pour transporter l'information jusqu'au cerveau ;
• soit la libération de la sérotonine (5-HT) pour inhiber la cellule réceptrice de type II (Autocrine and Paracrine Roles for ATP and Serotonin in Mouse Taste Buds 2009) et peut-être les fibres afférentes ?.

Transduction par des protéines réceptrices dimériques