ソーク研究所の研究者たちは、健康なエネルギーレベルを維持し、細胞を障害から保護する細胞メカニズムであるミトコンドリアの断片化と再組み立ての分子メカニズムを解き明かしました。 この発見は、ミトコンドリア病、糖尿病、癌、およびミトコンドリアの機能障害に関連する神経変性疾患などの疾患に影響を与える可能性があります。
ミトコンドリアが環境ストレス、毒素、または遺伝子変異の形で損傷を受けると、細胞はミトコンドリアを分解して、損傷を受けた部分を取り除き、ミトコンドリアを再び組み立てます。 このプロセスは、正常な状態でも低速で行われ、細胞内にある100～500個のミトコンドリアのうち1～2個が、損傷した部分の代わりに瞬間的に分解・再集合しているのです。 細胞が毒にさらされるなどのストレスを経験すると、大量の断片化が起こります。
科学者たちは、損傷した細胞に対する一定の修復を可能にするこの驚くべきプロセスについて、長い間知っていました。 しかし、ミトコンドリアの損傷がどのように感知されるのか、大量断片化イベントを誘発するメカニズムはわかっていませんでした。
ルーベン・ショー博士が率いるチームは、細胞がミトコンドリアの損傷にさらされると、AMPKという酵素がミトコンドリアに分解を指示する信号を送ることを観察しました。
細胞の燃料指標と見ることができるAMPKは、糖尿病薬メトフォルミンにより活性化されます。 運動や食事制限もこの酵素を活性化することが知られており、これらの治療法が、少なくとも部分的には、ミトコンドリアの健康を促進することによって機能することを示しています。
以前の研究では、AMPKが損傷したミトコンドリアの断片を再利用することを助け、新しいミトコンドリアを作る時期を細胞に通知することが示されています。
研究チームは遺伝子編集技術CRISPRを用いてAMPKをコードする遺伝子を削除し、その生物学的意味を研究しました。 次に研究者たちは、AMPKシグナル伝達を再びオンにしたところ、驚くべきことに、AMPKシグナル伝達は、事前の損傷がなくても、ミトコンドリアを断片化させるのに十分であることがわかりました」
「私は、結果が白黒であることが信じられませんでした。 AMPKをオンにするだけで、ミトコンドリアの毒と同じくらいの断片化が起こります」と、ショー博士はプレスリリースで述べています。
ソーク研究チームは、ミトコンドリアが破壊されると、細胞内に浮かぶエネルギーパック（ATPという）の量が減ることを観察していました。 AMPKは、この細胞エネルギーの減少を迅速に検出し、ミトコンドリアの外膜にある受容体を活性化して、ミトコンドリアを断片化するように指示します。 MFFは、Drp1というタンパク質を呼び出して、ミトコンドリアに結合して巻き付き、ミトコンドリアを分裂させます。 “一方では、AMPKは、2型糖尿病、免疫疾患、および癌に重要であることが知られています。 一方、ミトコンドリア機能不全は、代謝性疾患や神経変性疾患との関連が強まっています。 私たちは、大きな疾患への影響を持つこの2つの事柄を結びつける最初のステップをいくつか作っています」と、この研究の共同著者であるエリン・クアン・トヤマ博士は結論付けています
「AMP-活性化タンパク質キナーゼはエネルギーストレスに応答するミトコンドリア分裂を仲介する」というタイトルのこの研究は、2016年1月15日に科学雑誌に発表されました
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