サッカロミセス・セレビシエにおけるプロリン利用に対するアルギニンの阻害効果

Inhibitory effect of arginine on proline utilization in Saccharomyces cerevisiae.

• Akira Nishimura
• Tsubasa Tanikawa
• Hiroshi Takagi

抄録

プロリンはブドウ果汁に多く含まれるアミノ酸であるが、ワイン製造工程では酵母では利用されにくい。これは、発酵中の窒素欠乏とワイン中のプロリンの蓄積につながることがあります。発酵条件下での他の窒素源の存在はプロリン利用を阻害する可能性があるが、プロリン利用の阻害機構は明らかにされていない。本研究では、S. cerevisiae のプロリン利用に及ぼすアルギニンの影響を検討した。まず、プロリン補助栄養酵母を構築し、プロリンを唯一の窒素源として存在させた場合の細胞の成長を観察することで、プロリン利用阻害因子を同定した。その結果、アンモニウムイオンではなくアルギニンがプロリン補助栄養細胞の増殖を明らかに阻害することを発見した。さらに、アルギニンは野生型細胞とプロリン補助栄養細胞のプロリン消費を抑制し、アルギニンが酵母におけるプロリン利用の抑制因子であることを示した。次に、定量的ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）解析により、アルギニンがプロリンの分解・取り込みに関与する遺伝子の発現を部分的に抑制することが示された。その結果、アルギニンはプロリン輸送体である Put4 と Gap1 のエンドサイトーシスを誘導するのに対し、アンモニウムは Gap1 のみのエンドサイトーシスを誘導することがわかりました。このことから、アルギニンが酵母のプロリン利用を阻害する重要なメカニズムが関与している可能性が示唆された。プロリンを効率的に利用する酵母の育種は、ワインの品質向上のために有望である。

Proline is a predominant amino acid in grape must, but it is poorly utilized by the yeast Saccharomyces cerevisiae in wine-making processes. This sometimes leads to a nitrogen deficiency during fermentation and proline accumulation in wine. Although the presence of other nitrogen sources under fermentation conditions is likely to interfere with proline utilization, the inhibitory mechanisms of proline utilization remain unclear. In this study, we examined the effect of arginine on proline utilization in S. cerevisiae. We first constructed a proline auxotrophic yeast strain and identified an inhibitory factor by observing the growth of cells when proline was present as a sole nitrogen source. Intriguingly, we found that arginine, and not ammonium ion, clearly inhibited the growth of proline auxotrophic cells. In addition, arginine prevented the proline consumption of wild-type and proline auxotrophic cells, indicating that arginine is an inhibitory factor of proline utilization in yeast. Next, quantitative polymerase chain reaction (PCR) analysis showed that arginine partially repressed the expression of genes involved in proline degradation and uptake. We then observed that arginine induced the endocytosis of the proline transporters Put4 and Gap1, whereas ammonium induced the endocytosis of only Gap1. Hence, our results may involve an important mechanism for arginine-mediated inhibition of proline utilization in yeast. The breeding of yeast that utilizes proline efficiently could be promising for the improvement of wine quality.

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