酵母子胞子の早期発芽中のトレハラーゼの活性と特性の変化：in vivo 13c NMRによって研究されたトレハロース分解との相関

休眠中のトレハロース崩壊の調節と酵母子胞子における発芽の誘導は、in vivo in vivo高分解能NMR分光法とトレハラーゼ活性のin vitroアッセイの両方によって研究されました。グルコースおよびリン酸による発芽の誘導中に採取された自然豊富（13）C NMRスペクトルは、トレハロース含有量の一部の急速な分解を示しました。グルコースとリン酸の両方の存在は、最大のトレハロース分解にとって重要でした。（13）C NMRスペクトルは、外部に添加されたグルコースと内部トレハロースが主にグリセロールとエタノールに代謝されることを示しました。窒素剥離のこれらの条件下では、完全な発芽は不可能であり、約1時間後にトレハロースの分解が停止しました。現時点では、トレハロースの再合成が発生し、外因性グルコースからのグリセロールおよびエタノール産生が続きました。完全な胞子の発芽が発生する可能性のある複雑なメディアでは、トレハロースの崩壊がより顕著になりました。さまざまな量のグルコースと胞子へのリン酸塩を添加した後に行われた胞子抽出物におけるトレハラーゼ活性の測定により、胞子発芽の最初の数分以内にトレハラーゼの活性が突然10倍増加することが明らかになりました。活性化は一時的でした。最大5〜10分に達した後、アクティビティは次の時間中に低い値に戻りました。トレハラーゼ活性の増加は、シクロヘキシミドまたは嫌気性条件によって阻害されませんでした。（13）C NMRで測定されたトレハロース分解の程度と最初の活性化後に発生したトレハラーゼ活性の低下は、相関する可能性があります。トレハラーゼ活性の増加に加えて、休眠胞子からの酵素と発芽胞子の間にコントロール特性の違いが見つかりました。休眠胞子からのトレハラーゼは、約0.5 mMの濃度でATPによって強く阻害され、これは休眠胞子で見つかったATP濃度に対応しました。一方、発芽胞子からのトレハラーゼは、発芽胞子に見られるはるかに高いATP濃度までATPによって阻害されませんでした。低活性と休眠胞子からのトレハラーゼの厳格なATPフィードバック阻害は、休眠胞子の大量のトレハロースの非常に遅い動員の原因であることが示唆されています。したがって、休眠は、主に、1つの選択的および主要なポイントで胞子内のエネルギー生産の極端な削減によって引き起こされるようです。発芽の誘導時の高い活性と低ATP阻害へのスイッチは、休眠の破壊と、発芽の初期段階で発生するトレハロースの急速な分解の原因であることが示唆されています。

The regulation of trehalose breakdown during dormancy and the induction of germination in yeast ascospores was studied both by in vivo high-resolution NMR spectroscopy and in vitro assays of trehalase activity. Natural-abundance (13)C NMR spectra taken during the induction of germination with glucose and phosphate showed a rapid breakdown of part of the trehalose content. The presence of both glucose and phosphate was important for maximal trehalose breakdown. The (13)C NMR spectra showed that the externally added glucose and the internal trehalose were metabolized mainly to glycerol and ethanol. Under these conditions of nitrogen deprivation, full germination is not possible and trehalose breakdown stopped after approximately 1 hr. At this moment resynthesis of trehalose occurred while glycerol and ethanol production from the exogenous glucose continued. In complex media where full spore germination can occur, trehalose breakdown was more pronounced. Measurements of trehalase activity in spore extracts made after addition of varying amounts of glucose and phosphate to the spores revealed a sudden 10-fold increase in the activity of trehalase, within the first minutes of spore germination. The activation was transient: after reaching a maximum between 5 and 10 min, the activity declined back to low values during the next hours. The increase in trehalase activity was not inhibited by cycloheximide or by anaerobic conditions. The decline in trehalase activity that occurred after the initial activation could be correlated with the extent of trehalose breakdown as measured by (13)C NMR. In addition to the increase in trehalase activity, differences in the control properties were found between the enzymes from dormant and germinating spores. Trehalase from dormant spores was strongly inhibited by ATP at a concentration of approximately 0.5 mM, which corresponds with the ATP concentration found in dormant spores. On the other hand, trehalase from germinating spores was not inhibited by ATP up to the much higher ATP concentrations that are found in germinating spores. It is suggested that the low activity and the stringent ATP feedback inhibition of trehalase from dormant spores are responsible for the very slow mobilization of the huge amount of trehalose in dormant spores. Therefore, dormancy seems to be caused primarily by extreme curtailment of the energy production within the spore at one selective and primary point. The switch towards high activity and low ATP inhibition upon induction of germination is suggested to be responsible for the breaking of dormancy and for the rapid breakdown of trehalose that occurs during the initial phase of germination.