cfpdБюллетень физиологии и патологии дыханияBulletin Physiology and Pathology of Respiration1998-5029Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания10.36604/1998-5029-2025-95-8-17cfpd-1229Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHАнализ экспрессии рецепторов горького вкуса TAS2R в назальном эпителии больных бронхиальной астмой методом секвенирования нового поколенияAnalysis of TAS2R bitter taste receptors expression in the nasal epithelium of asthma patients by nextgeneration sequencingНаумовД. Е.NaumovD. E.

Денис Евгеньевич Наумов, канд. мед. наук, зав. лабораторией, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина 22

Denis E. Naumov, MD, PhD (Med.), Head of Laboratory of Molecular and Translational Research

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

denn1985@bk.ruГассанД. А.GassanD. A.

Дина Анатольевна Гассан, канд. мед. наук, зав. лабораторией, лаборатория вирус-ассоциированных патологии развития

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина 22

Dina A. Gassan, MD, PhD (Med.), Head of Laboratory of Virus-Associated Developmental Pathology

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

danishi@mail.ruКотоваО. О.KotovaO. O.

Олеся Олеговна Котова, канд. мед. наук, старший научный сотрудник, лаборатория вирус-ассоциированных патологии развития

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина 22

Olesya O. Kotova, MD, PhD (Med.), Senior Staff Scientist, Laboratory of Virus-Associated Developmental Pathology

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

foxy_voxy_on@mail.ruШелудькоЕ. Г.SheludkoE. G.

Елизавета Григорьевна Шелудько, канд. мед. наук, научный сотрудник, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина 22

Elizaveta G. Sheludko, MD, PhD (Med.), Staff Scientist, Laboratory of Molecular and Translational Research

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

liza.sheludko@mail.ruАфанасьеваЕ. Ю.Afanas’evaE. Yu.

Евгения Юрьевна Афанасьева, канд. мед. наук, научный сотрудник, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина 22

Evgeniya Yu. Afanas’eva, MD, PhD (Med.), Staff Scientist, Laboratory of Molecular and Translational Research

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

evgeniyananev@yandex.ruКоневА. В.KonevА. V.

Андрей Викторович Конев, младший научный сотрудник, лаборатория вирус-ассоциированных патологии развития

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина 22

Andrey V. Konev, Junior Staff Scientist, Laboratory of Virus-Associated Developmental Pathology

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

andrkonev@vk.comПерельманЮ. М.PerelmanJ. M.

Юлий Михайлович Перельман, д-р мед. наук, профессор, членкорреспондент РАН, зам. директора по научной работе, зав. лабораторией, лаборатория функциональных методов исследования дыхательной системы

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина 22

Juliy M. Perelman, MD, PhD (Med.), DSc (Med.), Corresponding Member of RAS, Deputy Director on Scientific Work, Head of Laboratory of Functional Research of Respiratory System

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

jperelman@mail.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания»Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration202519032025095817Copyright © Наумов Д.Е., Гассан Д.А., Котова О.О., Шелудько Е.Г., Афанасьева Е.Ю., Конев А.В., Перельман Ю.М., 20252025Наумов Д.Е., Гассан Д.А., Котова О.О., Шелудько Е.Г., Афанасьева Е.Ю., Конев А.В., Перельман Ю.М.Naumov D.E., Gassan D.A., Kotova O.O., Sheludko E.G., Afanas’eva E.Y., Konev А.V., Perelman J.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cfpd.elpub.ru/jour/article/view/1229Введение

Введение. Рецепторы горького вкуса (TAS2R) – семейство рецепторов, состоящее из 25 представителей, экспрессированных в различных органах и тканях организма. Несмотря на высокий потенциал агонистов TAS2R как лекарственных препаратов для лечения бронхиальной астмы (БА), работы, характеризующие экспрессию данных рецепторов при БА единичны.

Цель

Цель. Провести сравнительную характеристику полного спектра генов TAS2R, экспрессируемых в назальном эпителии здоровых лиц и больных БА, а также определить TAS2R, ассоциированные с особенностями течения заболевания.

Материалы и методы

Материалы и методы. В исследование было включено 23 больных БА (средний возраст 41,4 ± 3,15 лет) различной степени тяжести и 8 условно здоровых добровольцев (средний возраст 38,4 ± 1,67 лет). Клетки для анализа получали методом браш-биопсии из нижней носовой раковины. Экспрессию мРНК анализировали методом секвенирования нового поколения (NGS) на секвенаторе MGISEQ-200. Показатели вентиляционной функции легких определяли с помощью спирометрии. Контроль БА оценивали с помощью вопросника Asthma Control Test (ACT).

Результаты

Результаты. Среди больных БА в 100% образцов определялась экспрессия TAS2R4, TAS2R5 и TAS2R20, другие наиболее часто экспрессируемые гены включали TAS2R38, TAS2R14, TAS2R19 и TAS2R31. В контрольной группе стабильно определялся только TAS2R20, реже, но более чем в половине образцов, были экспрессированы TAS2R4, TAS2R5, TAS2R14, TAS2R10 и TAS2R38. Экспрессия TAS2R9, TAS2R16 и TAS2R43 не была обнаружена ни в одном из образцов больных БА и контрольной группы. TAS2R20 был экспрессирован в 1,6 раз выше у больных БА, по сравнению с контрольной группой (FDR p = 0,07), и обратно коррелировал с контролем заболевания (ρ = -0,74, FDR p = 0,001). Экспрессия генов TAS2R4 и TAS2R5 была обратно взаимосвязана с проходимостью дыхательных путей, особенно с МОС50 (FDR p = 0,04) и СОС25-75 (FDR p = 0,01).

Заключение

Заключение. Рецепторы TAS2R4, TAS2R5 и TAS2R20, отличающиеся наиболее стабильной и высокой экспрессией мРНК в назальном эпителии больных БА, представляют наибольший интерес для дальнейшего изучения. Экспрессия TAS2R20 ассоциирована с БА и возрастает по мере снижения ее контроля, а TAS2R4 и TAS2R5 в большей степени подвержены апрегуляции у лиц с более выраженной бронхиальной обструкцией.

Introduction

Introduction. Bitter taste receptors (TAS2R) are a family of receptors consisting of 25 members expressed in various organs and tissues of the body. Despite the high potential of TAS2R agonists as therapeutic agents for the treatment of asthma, there are only a few studies describing the expression of these receptors in asthma.

Aim

Aim. To conduct a comparative analysis of the full spectrum of TAS2R genes expressed in the nasal epithelium of healthy individuals and patients with asthma, as well as to identify TAS2R associated with the disease characteristics.

Materials and methods

Materials and methods. The study included 23 patients with asthma (mean age 41.4 ± 3.15 years), predominantly of moderate severity, and 8 healthy volunteers (mean age 38.4 ± 1.67 years). Cells for analysis were obtained via brush biopsy from the inferior nasal turbinate. mRNA expression was analyzed using next-generation sequencing (NGS) on MGISEQ-200 sequencer. Pulmonary function was assessed using spirometry. Asthma control was evaluated using the Asthma Control Test (ACT) questionnaire.

Results

Results. Among the patients with asthma, expression of TAS2R4, TAS2R5 and TAS2R20 was detected in 100% of the samples; other highly expressed genes included TAS2R38, TAS2R14, TAS2R19 and TAS2R31. In the control group, only TAS2R20 was consistently detected, while TAS2R4, TAS2R5, TAS2R14, TAS2R10 and TAS2R38 were expressed less frequently but at least in half of the samples. Expression of TAS2R9, TAS2R16 and TAS2R43 was completely absent both in asthma and control samples. TAS2R20 was expressed 1.6-fold higher in patients with asthma compared to the control group (FDR p=0.07), and inversely correlated with disease control (ρ = -0.74, FDR p = 0.001). Expression of TAS2R4 and TAS2R5 was inversely correlated with airway patency, particularly with FEF50 (FDR p = 0.04) and MEF25-75 (FDR p = 0.01).

Conclusion

Conclusion. TAS2R4, TAS2R5, and TAS2R20 receptors, which show the most stable and high mRNA expression in the nasal epithelium of patients with asthma, are of the greatest interest for further study. Expression of TAS2R20 is associated with asthma and increases as the disease control decreases, while TAS2R4 and TAS2R5 undergo upregulation in individuals with more pronounced bronchial obstruction. 

рецепторы горького вкусаTAS2Rбронхиальная астмаэкспрессиябронхиальная обструкцияконтрольназальный эпителийNGSasthmaexpressionbitter taste receptorsTAS2Rbronchial obstructionNGSairway epiteliumИсследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект №23-15-00372This study was supported by Russian Science Foundation (project №23-15-00372)ReferencesTalmon M., Pollastro F., Fresu L.G. The complex journey of the calcium regulation downstream of TAS2R activation // Cells. 2022. Vol.11, Iss.22. Article number:3638. https://doi.org/10.3390/cells11223638Talmon M., Pollastro F., Fresu L.G. The complex journey of the calcium regulation downstream of TAS2R activation. Cells 2022; 11(22):3638. https://doi.org/10.3390/cells11223638Chen J., Larson E.D., Anderson C.B., Agarwal P., Frank D.N., Kinnamon S.C., Ramakrishnan V.R. Expression of bitter taste receptors and solitary chemosensory cell markers in the human sinonasal cavity // Chem. Senses. 2019. Vol.44, Iss.7. P.483–495. https://doi.org/10.1093/chemse/bjz042Chen J., Larson E.D., Anderson C.B., Agarwal P., Frank D.N., Kinnamon S.C., Ramakrishnan V.R. Expression of bitter taste receptors and solitary chemosensory cell markers in the human sinonasal cavity. Chem. Senses 2019; 44(7):483– 495. https://doi.org/10.1093/chemse/bjz042Shah A.S., Ben-Shahar Y., Moninger T.O., Kline J.N., Welsh M.J. Motile cilia of human airway epithelia are chemosensory // Science. 2009. Vol.325, Iss.5944. P.1131–1134. https://doi.org/10.1126/science.1173869Shah A.S., Ben-Shahar Y., Moninger T.O., Kline J.N., Welsh M.J. Motile cilia of human airway epithelia are chemosensory. Science 2009; 325(5944):1131–1134. https://doi.org/10.1126/science.1173869Grassin-Delyle S., Abrial C., Fayad-Kobeissi S., Brollo M., Faisy C., Alvarez J.C., Naline E., Devillier P. The expression and relaxant effect of bitter taste receptors in human bronchi // Respir. Res. 2013. Vol.14, Iss.1. Article number:134. https://doi.org/10.1186/1465-9921-14-134Grassin-Delyle S., Abrial C., Fayad-Kobeissi S., Brollo M., Faisy C., Alvarez J.C., Naline E., Devillier P. The expression and relaxant effect of bitter taste receptors in human bronchi. Respir. Res. 2013; 14(1):134. https://doi.org/10.1186/1465-9921-14-134Deshpande D.A., Wang W.C., McIlmoyle E.L., Robinett K.S., Schillinger R.M., An S.S., Sham J.S., Liggett S.B. Bitter taste receptors on airway smooth muscle bronchodilate by localized calcium signaling and reverse obstruction // Nat. Med. 2010. Vol.16, Iss.11. P.1299–1304. https://doi.org/10.1038/nm.2237Deshpande D.A., Wang W.C., McIlmoyle E.L., Robinett K.S., Schillinger R.M., An S.S., Sham J.S., Liggett S.B. Bitter taste receptors on airway smooth muscle bronchodilate by localized calcium signaling and reverse obstruction. Nat. Med. 2010; 16(11):1299–1304. https://doi.org/10.1038/nm.2237Orsmark-Pietras C., James A., Konradsen J.R., Nordlund B., Söderhäll C., Pulkkinen V., Pedroletti C., Daham K., Kupczyk M., Dahlén B., Kere J., Dahlén S.E., Hedlin G., Melén E. Transcriptome analysis reveals upregulation of bitter taste receptors in severe asthmatics // Eur. Respir. J. 2013. Vol.42, Iss.1. P.65–78. https://doi.org/10.1183/09031936.00077712Orsmark-Pietras C., James A., Konradsen J.R., Nordlund B., Söderhäll C., Pulkkinen V., Pedroletti C., Daham K., Kupczyk M., Dahlén B., Kere J., Dahlén S.E., Hedlin G., Melén E. Transcriptome analysis reveals upregulation of bitter taste receptors in severe asthmatics. Eur. Respir. J. 2013; 42(1):65–78. https://doi.org/10.1183/09031936.00077712Lee R.J., Cohen N.A. Bitter and sweet taste receptors in the respiratory epithelium in health and disease // J. Mol. Med. (Berl). 2014. Vol.92, Iss.12. P.1235–1244. https://doi.org/10.1007/s00109-014-1222-6Lee R.J., Cohen N.A. Bitter and sweet taste receptors in the respiratory epithelium in health and disease. J. Mol. Med. (Berl). 2014; 92(12):1235–1244. https://doi.org/10.1007/s00109-014-1222-6Nayak A.P., Shah S.D., Michael J.V., Deshpande D.A. Bitter taste receptors for asthma therapeutics // Front. Physiol. 2019. Vol.10. Article number:884. https://doi.org/10.3389/fphys.2019.00884Nayak A.P., Shah S.D., Michael J.V., Deshpande D.A. Bitter taste receptors for asthma therapeutics. Front. Physiol. 2019; 10:884. https://doi.org/10.3389/fphys.2019.00884Kook J.H., Kim H.K., Kim H.J., Kim K.W., Kim T.H., Kang K.R., Oh D.J., Lee S.H. Increased expression of bitter taste receptors in human allergic nasal mucosa and their contribution to the shrinkage of human nasal mucosa // Clin. Exp. Allergy. 2016. Vol.46, Iss.4. P.584–601. https://doi.org/10.1111/cea.12727Kook J.H., Kim H.K., Kim H.J., Kim K.W., Kim T.H., Kang K.R., Oh D.J., Lee S.H. Increased expression of bitter taste receptors in human allergic nasal mucosa and their contribution to the shrinkage of human nasal mucosa. Clin. Exp. Allergy 2016; 46(4):584–601. https://doi.org/10.1111/cea.12727Patro R., Duggal G., Love M.I., Irizarry R.A., Kingsford C. Salmon provides fast and bias-aware quantification of transcript expression // Nat. Methods. 2017. Vol.14, Iss.4. P.417–419. https://doi.org/10.1038/nmeth.4197Patro R., Duggal G., Love M.I., Irizarry R.A., Kingsford C. Salmon provides fast and bias-aware quantification of transcript expression. Nat. Methods 2017; 14(4):417–419. https://doi.org/10.1038/nmeth.4197Наумов Д.Е., Гассан Д.А., Котова О.О., Шелудько Е.Г., Афанасьева Е.Ю., Сугайло И.Ю., Горчакова Я.Г. Взаимосвязь полиморфизмов генов TAS2R3, TAS2R4 и TAS2R5 с предрасположенностью к бронхиальной астме // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2024. Вып.92. С.8–17. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2024-92-8-17Naumov D.E., Gassan D.A., Kotova O.O., Sheludko E.G., Afanas’eva E.Yu., Sugaylo I.Yu., Gorchakova Y.G. [Association of TAS2R3, TAS2R4 and TAS2R5 gene polymorphism with predisposition to asthma]. Bûlleten' fiziologii i patologii dyhaniâ = Bulletin Physiology and Pathology of Respiration. 2024; (92):8–17 (in Russian). https://doi.org/10.36604/1998-5029-2024-92-8-17Наумов Д.Е., Гассан Д.А., Котова О.О., Шелудько Е.Г., Афанасьева Е.Ю., Конев А.В., Перельман Ю.М. Эффект полиморфизмов гена TAS2R20 на формирование бронхиальной астмы и течение заболевания // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2024. Вып.94. С.40–50. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2024-94-40-50Naumov D.E., Gassan D.A., Kotova O.O., Sheludko E.G., Afanas’eva E.Yu., Konev A.V., Perelman J.M. [Effect of TAS2R20 gene polymorphisms on the development of asthma and the course of the disease]. Bûlleten' fiziologii i patologii dyhaniâ = Bulletin Physiology and Pathology of Respiration 2024; (94):40–50 (in Russian). https://doi.org/10.36604/1998-5029-2024-94-40-50Meyerhof W., Batram C., Kuhn C., Brockhoff A., Chudoba E., Bufe B., Appendino G., Behrens M. The molecular receptive ranges of human TAS2R bitter taste receptors // Chem. Senses. 2010. Vol.35, Iss.2. P.157–170. https://doi.org/10.1093/chemse/bjp092Meyerhof W., Batram C., Kuhn C., Brockhoff A., Chudoba E., Bufe B., Appendino G., Behrens M. The molecular receptive ranges of human TAS2R bitter taste receptors. Chem. Senses 2010; 35(2):157–170. https://doi.org/10.1093/chemse/bjp092Kim D., An S.S., Lam H., Leahy J.W., Liggett S.B. Identification and characterization of novel bronchodilator agonists acting at human airway smooth muscle cell TAS2R5 // ACS Pharmacol. Transl. Sci. 2020. Vol.3, Iss.6. P.1069–1075. https://doi.org/10.1021/acsptsci.0c00127Kim D., An S.S., Lam H., Leahy J.W., Liggett S.B. Identification and characterization of novel bronchodilator agonists acting at human airway smooth muscle cell TAS2R5. ACS Pharmacol. Transl. Sci. 2020; 3(6):1069–1075. https://doi.org/10.1021/acsptsci.0c00127

The authors declare that there are no conflicts of interest present.