Αναζήτηση νέων ενώσεων ενεργοποιητών της umami γεύσης με χρήση υπολογιστικών τεχνικών

Kούνουπα, Αγγελική

Discovery of novel umami taste activators using computational techniques

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Kούνουπα, Αγγελική

Date

2024-07-26

Advisor

Κρίτση, Ευτυχία

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΚΟΥΝΟΥΠΑ s.pdf (3.073Mb)

Keywords

Umami γεύση ; T1R1/T1R3 υποδοχείς ; Zυμώμενα τρόφιμα ; Yπολογιστικές τεχνικές ; Μοριακή πρόσδεση ; Mοριακή δυναμική

Abstract

Η ανθρώπινη γεύση μπορεί να αναλυθεί στις 5 βασικές γευστικές ιδιότητες: γλυκιά (sweet), όξινη (sour), πικρή (bitter), αλμυρή (salty) και umami. Η umami γεύση έλαβε ευρεία αποδοχή ως βασική γεύση έπειτα από την ανακάλυψη ότι ετεροδιμερείς υποδοχείς συζευγμένοι με πρωτεΐνες G, T1R1/T1R3 μεσολαβούν στην ανίχνευσή της. Ο ετεροδιμερής υποδοχέας T1R1/T1R3 είναι εξειδικευμένος στην ανίχνευση ερεθισμάτων με γεύση umami (L-αμινοξέα), καθώς in vitro δεν ανταποκρίνεται σε γλυκά ερεθίσματα αλλά ανταποκρίνεται αποκλειστικά σε ερεθίσματα umami (MSG και L-γλουταμινικό). Την τελευταία πενταετία, πολυάριθμες έρευνες έχουν στραφεί στην ανακάλυψη ενώσεων, και ιδιαίτερα πεπτιδίων που προκαλούν την umami γεύση και προέρχονται από τα τρόφιμα. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η πιθανότητα πεπτιδίων, τα οποία περιέχονται στο γιαούρτι, να ενεργοποιούν την umami γεύση μέσω εφαρμογής υπολογιστικών τεχνικών. Αρχικά, τα πεπτίδια που περιέχονται στο γιαούρτι χρησιμοποιήθηκαν ως ο εξεταζόμενος δειγματοχώρος και η αμινοξική τους αλληλουχία καταγράφηκε με χρήση της διαδικτυακής βάσης δεδομένων ελεύθερης πρόσβασης Fermented Food Database (FermFOODb). Δεδομένης της απουσίας κρυσταλλικής δομής του ανθρώπινου ετεροδιμερούς T1R1/T1R3 δημιουργήθηκε ομόλογο μοντέλο του υποδοχέα χρησιμοποιώντας τη βάση πρωτεϊνικών δομών AlphaFold καθώς και τον επίσης ελεύθερης πρόσβασης διακομιστή ομόλογης μοντελοποίησης SWISS-MODEL. Στη συνέχεια, τα πεπτίδια υποβλήθηκαν σε πειράματα μοριακής πρόσδεσης (Molecular Docking), στοχεύοντας στην εύρεση των πεπτιδίων με εν δυνάμει ικανότητα ενεργοποίησης της umami γεύσης. Για τον σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε "Τυφλή μοριακή πρόσδεση – Blind Docking" και στη συνέχεια "Στοχεμεύνη" μοριακή πρόσδεση, μέσω εφαρμογής των διαδικτυακών εργαλείων DockThor και Webina. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων βασίστηκε στην ενέργεια πρόσδεσης (docking score) των εξεταζόμενων πεπτιδίων στον T1R1/T1R3 υποδοχέα και στη σύγκριση των αλληλεπιδράσεων των εξεταζόμενων πεπτιδίων με τις αλληλεπιδράσεις πεπτιδίων γνωστών από τη βιβλιογραφία με umami γεύση. Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων επιλέχθηκαν δέκα πεπτίδια (FLL,YP,QQQTED,TVQVT, YAKPA, FAQ, YQEPVL,YQQPVL,IPIQY,KFQSEE), στα οποία εφαρμόστηκαν προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής (Molecular Dynamics). Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι τα πεπτίδια QQQTED και YQQPVL παρουσίασαν σταθερότητα εντός του υποδοχέα γεγονός που καταδεικνύει την εν δυνάμει ενεργοποίηση της umami γεύσης.

Abstract

Human taste can be categorized into the 5 basic taste qualities: sweet, sour, bitter, salty and umami. Umami taste gained recognition as a fundamental taste the discovery that heterodimeric receptors coupled to G, T1R1/T1R3 proteins are responsible for its detection. The T1R1/T1R3 heterodimeric receptor is specialized in identifying umami-flavoured stimuli (L-amino acids), and in vitro studies show it exclusively responds to umami stimuli (MSG and L-glutamate) rather than sweet stimuli. Recent research, particularly over the past five years, has focused on identifying compounds, notably peptides derived from food, that elicit the umami taste. In the present study, the possibility of peptides, which are present in yoghurt, to activate umami taste was studied by applying computational techniques. Initially, the peptides contained in yoghurt were used as the investigated sample space and their amino acid sequence was recorded using the online open access Fermented Food Database (FermFOODb). Given the absence of a crystal structure of the human T1R1/T1R3 heterodimer, a homologous model of the receptor was generated using the AlphaFold protein structure base as well as the also open access homologous modeling server SWISS-MODEL. The peptides were then subjected to molecular docking experiments, aiming to find peptides with potential umami flavor activation capacity. For this purpose, "Blind Molecular Docking" and then "Targeted" molecular docking was performed by applying the online tools DockThor and Webina. The evaluation of the results was based on the docking energy (docking score) of the tested peptides at the T1R1/T1R3 receptor and the comparison of the interactions of the tested peptides with the interactions of peptides known from the literature with umami flavor. Ten peptides (FLL, YP, QQQTED, TVQVT, YAKPA, FAQ, YQEPVL,YQQPVL, IPIQY, KFQSEE) were selected from the evaluation of the results and molecular dynamics simulations were applied to them. The results showed that QQQTED and YQQPVL peptides showed stability within the receptor indicating the potential activation of umami taste.