Updated on 2026/02/13

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TODA YASUKA
 
Organization
School of Life Science and Technology Associate Professor
Title
Associate Professor
External link

Research Areas

  • Life Science / Food sciences

Education

  • 東京大学 農学部 獣医学課程 獣医学専修

    2003.4 - 2007.3

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  • The University of Tokyo   College of Arts and Sciences

    2001.4 - 2003.3

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Research History

  • 東京科学大学生命理工学院   准教授

    2025.5

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  • 明治大学農学部   特任講師

    2021.4 - 2025.4

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  • Meiji University

    2018.4 - 2021.3

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  • Meiji University   School of Agriculture   Researcher

    2017.5 - 2018.3

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  • キッコーマン株式会社   研究開発本部   研究員

    2007.4 - 2017.4

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Papers

  • Structural basis of stereochemical promiscuity by an umami taste receptor ortholog, Tas1r1/Tas1r3 from pufferfish

    Rakuto Mizoguchi, Yasuka Toda, Mana Nagae, Takashi Yoshida, Hiroaki Matsuura, Kunio Hirata, Yohei Miyanoiri, Maiko Hosotani, Yuji Ashikawa, Chiaki Ito, Naotaka Tsutsumi, Norihisa Yasui, Yoshiro Ishimaru, Atsuko Yamashita

    2025.11

  • Relaxation of selective constraint on the sweet-taste receptor gene TAS1R2 in lorisiform primates Reviewed

    Qinyuan Ji, Min Hou, Muhammad Shoaib Akhtar, Takashi Hayakawa, Yasuka Toda, Akihiro Itoigawa, Hiroo Imai, Takafumi Ishida, Amanda D. Melin, Shoji Kawamura

    Scientific Reports   15 ( 1 )   2025.11

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    Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Springer Science and Business Media LLC  

    DOI: 10.1038/s41598-025-23648-x

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    Other Link: https://www.nature.com/articles/s41598-025-23648-x

  • Rapid expansion and specialization of the TAS2R bitter taste receptor family in amphibians Reviewed

    Kathleen W. Higgins, Akihiro Itoigawa, Yasuka Toda, Daniel Winston Bellott, Rachel Anderson, Roberto Márquez, Jing-Ke Weng

    PLOS Genetics   2025.1

     More details

    Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: 10.1371/journal.pgen.1011533

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  • The Remarkable Diversity of Vertebrate Bitter Taste Receptors: Recent Advances in Genomic and Functional Studies Invited Reviewed

    Akihiro Itoigawa, Tomoya Nakagita, Yasuka Toda

    International Journal of Molecular Sciences   2024.11

     More details

    Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: 10.3390/ijms252312654

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  • Evolutionary origins of bitter taste receptors in jawed vertebrates. Reviewed International journal

    Akihiro Itoigawa, Yasuka Toda, Shigehiro Kuraku, Yoshiro Ishimaru

    Current biology : CB   34 ( 7 )   R271-R272   2024.4

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    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    Taste is a sense that detects information about nutrients and toxins in foods. Of the five basic taste qualities, bitterness is associated with the detection of potentially harmful substances like plant alkaloids. In bony vertebrates, type 2 taste receptors (T2Rs), which are G-protein-coupled receptors (GPCRs), act as bitter taste receptors1,2. In vertebrates, six GPCR gene families are described as chemosensory receptor genes, encoding taste receptor families (T1Rs and T2Rs) and olfactory receptor families (ORs, V1Rs, V2Rs, and TAARs). These families of receptors have been found in all major jawed vertebrate lineages, except for the T2Rs, which are confined to bony vertebrates3. Therefore, T2Rs are believed to have emerged later than the other chemosensory receptor genes in the bony vertebrate lineage. So far, only the genomes of two cartilaginous fish species have been mined for TAS2R genes, which encode T2Rs4. Here, we identified novel T2Rs in elasmobranchs, namely selachimorphs (sharks) and batoids (rays, skates, and their close relatives) by an exhaustive search covering diverse cartilaginous fishes. Using functional and mRNA expression analyses, we demonstrate that their T2Rs are expressed in the oral taste buds and contribute to the detection of bitter compounds. This finding indicates the early origin of T2Rs in the common ancestor of jawed vertebrates.

    DOI: 10.1016/j.cub.2024.02.024

    PubMed

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  • A vertebrate-wide catalogue of T1R receptors reveals diversity in taste perception. Reviewed International journal

    Hidenori Nishihara, Yasuka Toda, Tae Kuramoto, Kota Kamohara, Azusa Goto, Kyoko Hoshino, Shinji Okada, Shigehiro Kuraku, Masataka Okabe, Yoshiro Ishimaru

    Nature ecology & evolution   2023.12

     More details

    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    Taste is a vital chemical sense for feeding behaviour. In mammals, the umami and sweet taste receptors comprise three members of the taste receptor type 1 (T1R/TAS1R) family: T1R1, T1R2 and T1R3. Because their functional homologues exist in teleosts, only three TAS1R genes generated by gene duplication are believed to have been inherited from the common ancestor of bony vertebrates. Here, we report five previously uncharacterized TAS1R members in vertebrates, TAS1R4, TAS1R5, TAS1R6, TAS1R7 and TAS1R8, based on genome-wide survey of diverse taxa. We show that mammalian and teleost fish TAS1R2 and TAS1R3 genes are paralogues. Our phylogenetic analysis suggests that the bony vertebrate ancestor had nine TAS1Rs resulting from multiple gene duplications. Some TAS1Rs were lost independently in descendent lineages resulting in retention of only three TAS1Rs in mammals and teleosts. Combining functional assays and expression analysis of non-teleost fishes we show that the novel T1Rs form heterodimers in taste-receptor cells and recognize a broad range of ligands such as essential amino acids, including branched-chain amino acids, which have not been previously considered as T1R ligands. This study reveals diversity of taste sensations in both modern vertebrates and their ancestors, which might have enabled vertebrates to adapt to diverse habitats on Earth.

    DOI: 10.1038/s41559-023-02258-8

    PubMed

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  • T1R2-mediated sweet sensing in a lizard. Reviewed International journal

    Qiaoyi Liang, Meng-Ching Ko, Nathaniel S R Ng, Borja Reh, Jessica G H Lee, Atsuko Yamashita, Hidenori Nishihara, Yasuka Toda, Maude W Baldwin

    Current biology : CB   32 ( 23 )   R1302-R1303   2022.12

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    Sugars are an important class of nutrients found in the flowers and fruits of angiosperms (flowering plants). Although T1R2-T1R3 has been identified as the mammalian sweet receptor, some birds rely on a repurposed T1R1-T1R3 savory receptor to sense sugars. Moreover, as the radiation of flowering plants occurred later than the last common ancestor of amniotes, sugar may not have been an important diet item for amniotes early in evolution, raising the question of whether T1R2-T1R3 is a universal sugar sensor or only a mammalian innovation. Here, using brief-access behavioral tests and functional characterization of taste receptors, we demonstrate that the nectar-taking Madagascar giant day gecko (Phelsuma grandis) can sense sugars through the T1R2-T1R3 receptor. These results reveal the existence of T1R2-based sweet taste in a non-avian reptile, which has important implications for our understanding of the evolutionary history of sugar detection in amniotes.

    DOI: 10.1016/j.cub.2022.10.061

    PubMed

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  • A single residue confers selective loss of sugar sensing in wrynecks. Reviewed International journal

    Julia F Cramer, Eliot T Miller, Meng-Ching Ko, Qiaoyi Liang, Glenn Cockburn, Tomoya Nakagita, Massimiliano Cardinale, Leonida Fusani, Yasuka Toda, Maude W Baldwin

    Current biology : CB   2022.8

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    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    Sensory receptors evolve, and changes to their response profiles can directly impact sensory perception and affect diverse behaviors, from mate choice to foraging decisions.1-3 Although receptor sensitivities can be highly contingent on changes occurring early in a lineage's evolutionary history,4 subsequent shifts in a species' behavior and ecology may exert selective pressure to modify and even reverse sensory receptor capabilities.5-7 Neither the extent to which sensory reversion occurs nor the mechanisms underlying such shifts is well understood. Using receptor profiling and behavioral tests, we uncover both an early gain and an unexpected subsequent loss of sugar sensing in woodpeckers, a primarily insectivorous family of landbirds.8,9 Our analyses show that, similar to hummingbirds10 and songbirds,4 the ancestors of woodpeckers repurposed their T1R1-T1R3 savory receptor to detect sugars. Importantly, whereas woodpeckers seem to have broadly retained this ability, our experiments demonstrate that wrynecks (an enigmatic ant-eating group sister to all other woodpeckers) selectively lost sugar sensing through a novel mechanism involving a single amino acid change in the T1R3 transmembrane domain. The identification of this molecular microswitch responsible for a sensory shift in taste receptors provides an example of the molecular basis of a sensory reversion in vertebrates and offers novel insights into structure-function relationships during sensory receptor evolution.

    DOI: 10.1016/j.cub.2022.07.059

    PubMed

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  • Synergism, Bifunctionality, and the Evolution of a Gradual Sensory Trade-off in Hummingbird Taste Receptors. Reviewed International journal

    Glenn Cockburn, Meng-Ching Ko, Keren R Sadanandan, Eliot T Miller, Tomoya Nakagita, Amanda Monte, Sungbo Cho, Eugeni Roura, Yasuka Toda, Maude W Baldwin

    Molecular biology and evolution   39 ( 2 )   2022.2

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    Sensory receptor evolution can imply trade-offs between ligands, but the extent to which such trade-offs occur and the underlying processes shaping their evolution is not well understood. For example, hummingbirds have repurposed their ancestral savory receptor (T1R1-T1R3) to detect sugars, but the impact of this sensory shift on amino acid perception is unclear. Here, we use functional and behavioral approaches to show that the hummingbird T1R1-T1R3 acts as a bifunctional receptor responsive to both sugars and amino acids. Our comparative analyses reveal substantial functional diversity across the hummingbird radiation and suggest an evolutionary timeline for T1R1-T1R3 retuning. Finally, we identify a novel form of synergism between sugars and amino acids in vertebrate taste receptors. This work uncovers an unexplored axis of sensory diversity, suggesting new ways in which nectar chemistry and pollinator preferences can coevolve.

    DOI: 10.1093/molbev/msab367

    PubMed

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  • Expression profiles and functional characterization of common carp (Cyprinus carpio) T2Rs Reviewed

    Toshiki Shimizu, Takashi Kubozono, Ryota Asaoka, Yasuka Toda, Yoshiro Ishimaru

    Biochemistry and Biophysics Reports   28   101123 - 101123   2021.12

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    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Elsevier {BV}  

    DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.101123

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  • Evolution of the primate glutamate taste sensor from a nucleotide sensor Reviewed International journal

    Yasuka Toda, Takashi Hayakawa, Akihiro Itoigawa, Yosuke Kurihara, Tomoya Nakagita, Masahiro Hayashi, Ryuichi Ashino, Am, a D. Melin, Yoshiro Ishimaru, Shoji Kawamura, Hiroo Imai, Takumi Misaka

    Current Biology   31 ( 20 )   4641 - 4649   2021.8

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    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Elsevier {BV}  

    Taste perception plays an essential role in food selection. Umami (savory) tastes are sensed by a taste receptor complex, T1R1/T1R3, that detects proteinogenic amino acids.1 High sensitivity to l-glutamate (l-Glu) is a characteristic of human T1R1/T1R3, but the T1R1/T1R3 of other vertebrates does not consistently show this l-Glu response.1,2 Here, we demonstrate that the l-Glu sensitivity of T1R1/T1R3 is a derived state that has evolved repeatedly in large primates that rely on leaves as protein sources, after their divergence from insectivorous ancestors. Receptor expression experiments show that common amino acid substitutions at ligand binding sites that render T1R1/T1R3 sensitive to l-Glu occur independently at least three times in primate evolution. Meanwhile T1R1/T1R3 senses 5'-ribonucleotides as opposed to l-Glu in several mammalian species, including insectivorous primates. Our chemical analysis reveal that l-Glu is one of the major free amino acids in primate diets and that insects, but not leaves, contain large amounts of free 5'-ribonucleotides. Altering the ligand-binding preference of T1R1/T1R3 from 5'-ribonucleotides to l-Glu might promote leaf consumption, overcoming bitter and aversive tastes. Altogether, our results provide insight into the foraging ecology of a diverse mammalian radiation and help reveal how evolution of sensory genes facilitates invasion of new ecological niches.

    DOI: 10.1016/j.cub.2021.08.002

    PubMed

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  • Early origin of sweet perception in the songbird radiation Reviewed International journal

    Yasuka Toda, Meng-Ching Ko, Qiaoyi Liang, Eliot T. Miller, Alej, ro Rico-Guevara, Tomoya Nakagita, Ayano Sakakibara, Kana Uemura, Timothy Sackton, Takashi Hayakawa, Simon Yung Wa Sin, Yoshiro Ishimaru, Takumi Misaka, Pablo Oteiza, James Crall, Scott V. Edwards, William Buttemer, Shuichi Matsumura, Maude W. Baldwin

    Science   373 ( 6551 )   226 - 231   2021.7

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    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:American Association for the Advancement of Science ({AAAS})  

    <jats:p>Early events in the evolutionary history of a clade can shape the sensory systems of descendant lineages. Although the avian ancestor may not have had a sweet receptor, the widespread incidence of nectar-feeding birds suggests multiple acquisitions of sugar detection. In this study, we identify a single early sensory shift of the umami receptor (the T1R1-T1R3 heterodimer) that conferred sweet-sensing abilities in songbirds, a large evolutionary radiation containing nearly half of all living birds. We demonstrate sugar responses across species with diverse diets, uncover critical sites underlying carbohydrate detection, and identify the molecular basis of sensory convergence between songbirds and nectar-specialist hummingbirds. This early shift shaped the sensory biology of an entire radiation, emphasizing the role of contingency and providing an example of the genetic basis of convergence in avian evolution.</jats:p>

    DOI: 10.1126/science.abf6505

    PubMed

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  • Positive/Negative Allosteric Modulation Switching in an Umami Taste Receptor (T1R1/T1R3) by a Natural Flavor Compound, Methional. Reviewed International journal

    Toda Y, Nakagita T, Hirokawa T, Yamashita Y, Nakajima A, Narukawa M, Ishimaru Y, Uchida R, Misaka T

    Scientific reports   8 ( 1 )   11796 - 11796   2018.8

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    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    Taste is a vital sensation for vertebrates, enabling the detection of nutritionally important substances or potential toxins. A heteromeric complex of two class C GPCRs, T1R1 and T1R3, was identified as the umami (savory) taste receptor. Amino acids and 5'-ribonucleotides are well known to be natural ligands for human T1R1/T1R3. In this study, we reveal that methional, which is a familiar flavor component in foods, is an allosteric modulator of T1R1/T1R3. Receptor expression experiments showed that methional served as a positive allosteric modulator (PAM) of human T1R1/T1R3 and functioned as a negative allosteric modulator (NAM) of mouse T1R1/T1R3. Although amino acids and 5'-ribonucleotides bound to the extracellular domain of T1R1, the use of interspecies chimeric receptors demonstrated that methional interacted with the transmembrane domain of T1R1. Site-directed mutagenesis and molecular modeling showed that methional could potentially bind at two distinct sites in the transmembrane domain of T1R1 and that the amino acid residues in the bottom of the allosteric pocket engendered the switch between the PAM and NAM modes, which could contribute to switching the binding position of methional. These results may be applicable for elucidating the molecular mechanisms underlying ligand recognition by other class C GPCRs.

    DOI: 10.1038/s41598-018-30315-x

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  • Evolution of sweet taste perception in hummingbirds by transformation of the ancestral umami receptor Reviewed

    Maude W. Baldwin, Yasuka Toda, Tomoya Nakagita, Mary J. O'Connell, Kirk C. Klasing, Takumi Misaka, Scott V. Edwards, Stephen D. Liberles

    SCIENCE   345 ( 6199 )   929 - 933   2014.8

     More details

    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: 10.1126/science.1255097

    Web of Science

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  • L-Theanine elicits umami taste via the T1R1+T1R3 umami taste receptor Reviewed

    Masataka Narukawa, Yasuka Toda, Tomoya Nakagita, Yukako Hayashi, Takumi Misaka

    AMINO ACIDS   46 ( 6 )   1583 - 1587   2014.6

     More details

    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: 10.1007/s00726-014-1713-3

    Web of Science

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  • Two Distinct Determinants of Ligand Specificity in T1R1/T1R3 (the Umami Taste Receptor) Reviewed

    Yasuka Toda, Tomoya Nakagita, Takashi Hayakawa, Shinji Okada, Masataka Narukawa, Hiroo Imai, Yoshiro Ishimaru, Takumi Misaka

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   288 ( 52 )   36863 - 36877   2013.12

     More details

    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: 10.1074/jbc.M113.494443

    Web of Science

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  • Establishment of a New Cell-Based Assay To Measure the Activity of Sweeteners in Fluorescent Food Extracts Reviewed

    Yasuka Toda, Shinji Okada, Takumi Misaka

    JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY   59 ( 22 )   12131 - 12138   2011.11

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    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: 10.1021/jf2029835

    Web of Science

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  • Glial fibrillary acidic protein (GFAP) and anti-GFAP autoantibody in canine necrotising meningoencephalitis Reviewed

    Y. Toda, N. Matsuki, M. Shibuya, I. Fuiloka, S. Tamahara, K. Ono

    VETERINARY RECORD   161 ( 8 )   261 - 264   2007.8

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    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    Web of Science

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Books

  • 霊長類学の百科事典

    (4-18 旨味受容体 (4章 霊長類の遺伝))

    丸善出版  2023.7 

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  • おいしさの科学的評価・測定法と応用展開

    三坂巧, 戸田安香(培養細胞を用いた食味評価系 (p 11 - 21))

    シーエムシー出版  2016 

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MISC

  • 脊椎動物における味覚受容体の進化と味覚情報伝達機構

    戸田安香, 石丸喜朗

    実験医学   41 ( 10 )   97 - 102   2023

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  • Functional evolution of sweet taste receptors in the family Indriidae

    糸井川壮大, 戸田安香, 石丸喜朗, 今井啓雄

    霊長類研究   39 ( Supplement )   2023

  • 祖先の甘味感覚獲得がもたらした鳴禽類の繁栄

    戸田安香, 中北智哉, 早川卓志, 石丸喜朗, 三坂巧, 松村秀一

    Japanese Scientists in Science 2021   36   2022

     More details

  • 様々な脊椎動物における味覚受容体と食性の関連・魚類から鳥類,霊長類における食の進化戦略

    戸田安香, 石丸喜朗

    化学と生物   60 ( 8 )   373 - 375   2022

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  • 味覚受容体の進化から考える「グルタミン酸はなぜおいしい?」

    戸田安香, 三坂巧

    バイオサイエンスとインダストリー(B&I)   80 ( 2 )   132 - 133   2022

     More details

    Language:Japanese   Publisher:(一財)バイオインダストリー協会  

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  • 味覚と嗅覚の進化 脊椎動物における味覚の多様性とその遺伝的要因

    戸田安香, 石丸喜朗, 三坂巧

    科学   92 ( 12 )   2022

  • Relationship between the nucleotide sensitivity of T1R1/T1R3 and diets in primates

    戸田安香, 早川卓志, 糸井川壮大, 栗原洋介, 中北智哉, AMANDA Melin, 河村正二, 今井啓雄, 石丸喜朗, 三坂巧

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web)   2022   2022

  • 機能解析技術が明らかにした味覚受容体と食物成分のかかわり・味の感じ方は生き物それぞれ

    戸田安香

    化学と生物   57 ( 2 )   115 - 120   2019

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  • 醤油に含まれる香気成分が旨味を増強する

    戸田安香, 三坂巧

    Aroma Research   19 ( 4 )   378‐379   2018.11

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    Language:Japanese  

    J-GLOBAL

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  • さまざまな脊椎動物における味覚の進化

    戸田安香, 石丸喜朗

    臨床栄養   133 ( 7 )   2 - 7   2018

     More details

  • 旨味受容体の機能転換によるハチドリの甘味知覚の進化

    戸田安香, 中北智哉, 三坂巧

    Japanese Scientists in Science 2014   61   2015

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Awards

  • 第4回 輝く女性研究者賞(ジュン アシダ賞)

    2022.11   国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)  

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  • 第21回日本農学進歩賞

    2022.10   公益財団法人 農学会   様々な脊椎動物における味覚受容体と食性の関連の解明

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  • 三島海雲学術賞

    2022.7   公益財団法人 三島海雲記念財団   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

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  • 安藤百福賞 発明発見奨励賞

    2021.12   食創会   旨味受容体の測定系開発とおいしさ研究への応用展開

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  • 研究者育成助成〈ロッテ重光学術賞〉

    2020.12   公益財団法人ロッテ財団  

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  • 農芸化学若手女性研究者賞

    2018.3   日本農芸化学会   味覚受容体の新しい機能解析技術の開発と味覚受容の分子機構の解明

    戸田 安香

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Research Projects

  • Elucidation of the physical and evolutionary rules of heterotypic circuit assembly in intracellular signaling and chemosensory systems

    Grant number:25H01362  2025.4 - 2030.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

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    Grant amount:\197600000 ( Direct Cost: \152000000 、 Indirect Cost:\45600000 )

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  • EPIC Assembly: Emergence of novel functional assembly by Evo-Physico Information Coupling

    Grant number:25H01360  2025.4 - 2030.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

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    Grant amount:\209300000 ( Direct Cost: \161000000 、 Indirect Cost:\48300000 )

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  • 脊椎動物における旨味・甘味の起源の解明

    2023.4 - 2030.3

    科学技術振興機構  創発的研究支援事業 

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  • Establishment and practice of a forest symbiosis model using the conservation genomics methods: the relationship between koalas and eucalypts

    Grant number:23K28269  2023.4 - 2027.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

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    Grant amount:\18720000 ( Direct Cost: \14400000 、 Indirect Cost:\4320000 )

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  • 嗜好味受容体T1Rsの栄養素受容における役割の解明

    Grant number:23K26861  2023.4 - 2026.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    戸田 安香

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    Grant amount:\19370000 ( Direct Cost: \14900000 、 Indirect Cost:\4470000 )

    味覚は食嗜好性を決定する上で重要な化学感覚である。研究代表者はこれまで、霊長類や鳥類などの非モデル生物を対象とした研究を行い、嗜好味(旨味・甘味)受容体であるT1R受容体のリガンドが、動物の食性に応じて柔軟に変化してきたことを明らかにした。一方、味覚が食性に応じて変化する過程で、生体内における栄養素受容にどのような変化が生じるかは明らかでない。さらに、T1R受容体は消化管を始めとした全身の様々な組織に発現し、栄養素受容体としても機能すると提唱されているが、リガンドの動物種差を考慮した研究は行われておらず、T1R受容体の栄養素受容における詳細な役割は未解明である。
    そこで本研究では、幅広い脊椎動物を対象に、1)T1R受容体のリガンド同定と食性・生息環境の関連の解明、2)T1R受容体と消化機能の共進化の検証、3)消化管におけるT1R受容体発現細胞種の同定と機能解明に取り組む。2023年度は下記に取り組んだ。
    研究1)各祖先型遺伝子の培養細胞発現用プラスミドを構築し、機能解析を開始した。
    研究2)消化酵素の機能解析系の立ち上げに着手した。また、食性の異なる生物種を対象に、味覚受容体遺伝子及び糖質加水分解酵素遺伝子のクローニングを開始した。
    研究3)遺伝子改変魚類作製に向けて、飼育環境の整備や遺伝子改変実験の手技習得をした。

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  • 味覚と消化機能の進化から紐解く果実食鳥類の求愛行動

    Grant number:22KK0079  2022.10 - 2025.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

    戸田 安香

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    Grant amount:\20150000 ( Direct Cost: \15500000 、 Indirect Cost:\4650000 )

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  • 甘味・旨味受容体T1Rsの進化と食性の多様化の関わりの解明

    2021.4 - 2026.3

    ロッテ財団  「研究者育成助成」〈ロッテ重光学術賞〉 

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  • 旨味受容体の機能と食物成分の関わりの解明

    Grant number:20H02941  2020.4 - 2023.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    戸田 安香

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    Grant amount:\18330000 ( Direct Cost: \14100000 、 Indirect Cost:\4230000 )

    旨味受容体T1R1/T1R3は、食物中に含まれるタンパク質を検知するための味センサーと考えられてきた。近年、研究代表者らはヒト以外の動物種を対象とした研究から、旨味受容体の機能が動物の食性に応じて種ごとに柔軟に変化してきたことを示した。一方で、ヒト旨味受容体はグルタミン酸に特化したアミノ酸選択性を示しかつ、イノシン酸やグアニル酸といったヌクレオチドでも活性化されるが、その生理的意義は明らかでない。そこで、本研究ではヒトを含む様々な動物種間で、旨味受容体の機能及び食物を比較し、ヒト旨味受容体の特徴である「高グルタミン酸活性」及び「ヌクレオチド受容能」がどのような食物成分の味・栄養素検出と結びついているかを明らかにする。具体的には、様々な動物種を対象に、旨味受容体の塩基配列解析、機能解析、食物成分分析、行動実験等を行う。
    昨年度までにクローニングが完了した霊長類の旨味受容体の機能解析を行った。結果、旨味受容体がグルタミン酸で強く活性化される霊長類は、葉を主要なタンパク質供給源として利用していた。一方、旨味受容体がグルタミン酸で強く活性化されない霊長類は、昆虫にタンパク質供給を頼っていた。さらに、単独では旨味受容体を活性化することができないと考えられていたヌクレオチドが、様々な霊長類の旨味受容体を単独で強く活性化することを発見した。また、グルタミン酸やヌクレオチドに対する感度が変化する原因となった、アミノ酸変異を同定した。
    食物成分分析の結果から、昆虫にはヌクレオチドとグルタミン酸の両方が豊富に含まれるのに対し、葉にはグルタミン酸は含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いことが示された。以上から、ヒトを含む一部の大型霊長類において、ヌクレオチドセンサーからグルタミン酸センサーへと旨味受容体の機能が変化し、ヌクレオチドを含まない葉をおいしく味わえるようになったと考えられた。

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  • 脊椎動物における味覚受容体TAS1Rの新規レパートリーの機能解明

    Grant number:19H03272  2019.4 - 2022.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    西原 秀典, 石丸 喜朗, 戸田 安香

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    Grant amount:\17030000 ( Direct Cost: \13100000 、 Indirect Cost:\3930000 )

    本研究では味覚受容体遺伝子TAS1Rファミリーが顎口類の共通祖先から現在までにどのようなプロセスで配列進化と機能進化を遂げてきたのかを解明することが目的である。今年度末までに古代魚と呼ばれる比較的初期に分岐した魚類を中心とする31種の脊椎動物についてゲノムおよびトランスクリプトーム情報からTAS1R全長配列を同定し、そのうち12種が新規クレードを持つことを明らかにした。これにより脊椎動物の各系統におけるTAS1R遺伝子重複と消失の歴史がより詳細に明確になった。またこれらTAS1Rの周辺遺伝子群のシンテニー解析も進めてきた。様々な脊椎動物のシンテニー比較により、顎口類の祖先および硬骨魚類の祖先における遺伝子配置を推定した。この結果からTAS1Rは主にそれらの共通祖先において遺伝子重複を起こし、それに伴って染色体上でローカルおよび長距離の組換えによって遺伝子配置の変化が頻繁に起こってきたことを明らかにした。ただし一部の魚類では遺伝子配置が比較的保存されていることから、こうした遺伝子配置の進化パターンの違いを生じる要因の究明に今後取り組む余地があると考えられた。また培養細胞を用いたリガンドの特定実験は一部の魚類については完了しており、さらに別の種に関して着手している。発現解析についても順調に進行しており、一部のTAS1R遺伝子の発現パターンが明らかとなった。これらの機能解析と発現解析は次年度以降も継続する予定である。さらに最近新たに報告された脊椎動物の全ゲノム情報に基づいた遺伝子レパートリーの同定も拡大することを予定しており、これによりTAS1Rに見られる特異な進化プロセスの全容が明らかになると考えられる。

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  • 鳥類をモデルとした食性の多様化と味覚受容体の機能との関連

    Grant number:18KK0166  2018.10 - 2021.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

    石丸 喜朗, 戸田 安香, 三坂 巧

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    Grant amount:\18070000 ( Direct Cost: \13900000 、 Indirect Cost:\4170000 )

    味覚は動物が食物を摂取可能であるかを判断する上で重要な感覚であるため、食性に応じて種ごとに柔軟に変化してきた可能性が考えられる。当グループは近年、甘味受容体遺伝子を欠損していることから糖の味を感知できないとされてきた鳥類の中でも、花の蜜を主食とするハチドリでは旨味受容体が糖受容体として機能転換していることを明らかにした。一方、ハチドリとは系統的に離れた鳥類の中にも多くの花蜜食及び果実食食性の種が存在するが、これらの鳥類の旨味受容体がどのような機能を果たしているのかは明らかでない。そこで、本研究では多種の鳥類を対象に、旨味受容体の塩基配列解析、機能解析、行動実験を行い、花蜜食・果実食とその他の食性の鳥類の間における旨味受容体の機能の違いを検証する。
    2018年度は共同研究機関であるMax Planck鳥類研究所において、様々な鳥類のDNA及びRNAサンプルをもとに、旨味受容体遺伝子(Tas1r1, Tas1r3)のクローニングを行った。クローニングが完了した種については速やかに配列情報を共有し、明治大学において培養細胞発現用プラスミドを作製した。作製したプラスミドを用いて、鳥類旨味受容体の味物質に対する応答性を評価した。その結果、花蜜食および非花蜜食鳥類のいくつかの種で、旨味受容体のリガンドを同定することに成功した。

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  • 新規小腸栄養素センサー候補分子の機能解明

    Grant number:18J00315  2018.4 - 2021.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    戸田 安香

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    Grant amount:\4030000 ( Direct Cost: \3100000 、 Indirect Cost:\930000 )

    小腸上皮細胞のうち分化した機能細胞は、吸収上皮細胞、杯細胞、パネート細胞、内分泌細胞という4種類の主要な細胞と、刷子細胞、M細胞といった少数細胞に分類される。中でも、刷子細胞は小腸上皮細胞のうちわずか0.4%しか存在しておらず、その機能は殆ど明らかになっていなかった。しかし近年、刷子細胞が寄生蠕虫類などに対する免疫防御機構に関与することが立て続けに報告され、その機能に注目が集まってきた。一方で、当研究グループでは刷子細胞が完全に消失する、転写因子Skn-1a欠損マウスの解析から、刷子細胞からの食シグナルがカテコールアミンの分泌抑制を介してエネルギー消費量を調節することを明らかにした。さらに、その後のRNA-Seq法及び免疫組織学的手法を用いた解析から、刷子細胞の頂端部に局在して発現するGPCR“オーファン受容体X”を発見した。この受容体Xの遺伝子欠損マウスでは寄生虫感染に対する免疫防御能の低下が認められなかったことから、受容体Xは刷子細胞において免疫以外の機能に寄与することが示唆された。そこで、本研究では受容体Xの遺伝子欠損マウスの表現型解析及びリガンド探索を行い、受容体Xの新規栄養素センサーとしての可能性を検証することを目的とする。
    2018年度は、CRISPR/Cas9法を用いて受容体X遺伝子欠損マウスを作出した。X遺伝子欠損マウスのエネルギー代謝に関する表現型を解析するため、高脂肪食飼育時の体重や臓器重量変化を野生型マウスと比較した。また、オーファン受容体Xのリガンド探索のために、培養細胞を用いたアッセイ系、in vivoカルシウムイメージング法、オルガノイド培養系の立ち上げを行った。

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  • The function of the umami taste receptor as a taste and nutrient sensor

    Grant number:18K14427  2018.4 - 2020.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists  Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

    Toda Yasuka

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    Grant amount:\4160000 ( Direct Cost: \3200000 、 Indirect Cost:\960000 )

    To elucidate why human T1R1/T1R3 can be activated by L-glutamate and nucleotides, we compared the function of the umami taste receptor,T1R1/T1R3, among various animals.
    We succeeded to determine the nucleotide sequences of both Tas1r1 and Tas1r3 of multiple mammals, and started analyzing their function.

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