ミトコンドリアの超アセチル化は細胞を老化させる~脱アセチル化酵素が老化から細胞を保護する機能を解明~

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2025-08-21 理化学研究所

理化学研究所の研究チームは、人工的に設計したアセチル化酵素分子「eMAT」をミトコンドリアに導入し、通常より10倍以上高い「超アセチル化」状態を作り出すことで、細胞の老化が促進されることを発見しました。超アセチル化された細胞では、増殖の低下、エネルギー代謝の抑制、活性酸素種(ROS)の増加、老化関連因子(SASP因子)の発現上昇など、典型的な細胞老化の特徴が確認されました。一方で、進化的に保存された脱アセチル化酵素SIRT3を共発現させると、代謝が回復し老化促進効果が抑制されることが分かりました。本研究は、ミトコンドリアにおけるタンパク質アセチル化が細胞老化や寿命制御に深く関わる可能性を示すものであり、老化の分子機構解明やがん抑制戦略などへの応用も期待されます。本成果は『iScience』に掲載されました。

ミトコンドリアの超アセチル化は細胞を老化させる~脱アセチル化酵素が老化から細胞を保護する機能を解明~
人工アセチル化酵素分子eMATによる細胞老化の仕組み

<関連情報>

エンジニアードアセチルトランスフェラーゼによるミトコンドリアの過アセチル化は細胞老化を促進する Mitochondrial hyper-acetylation induced by an engineered acetyltransferase promotes cellular senescence

Tadahiro Shimazu ∙ Ayane Kataoka ∙ Takehiro Suzuki ∙ Naoshi Dohmae ∙ Yoichi Shinkai
iScience  Published:July 29, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113233

Highlights

  • Engineered eMAT induces global lysine acetylation in mitochondria
  • 74% of eMAT targets overlap with known mitochondrial acetyl-proteins
  • eMAT-driven acetylation inhibits metabolism and promotes senescence
  • SIRT3 reverses eMAT effects and protects against cellular senescence

Summary

Protein acetylation plays crucial roles in diverse biological functions, including mitochondrial metabolism. Although SIRT3 catalyzes the removal of acetyl groups in mitochondria, the addition of the acetyl groups is thought to be primarily controlled in an enzyme-independent manner due to the absence of potent acetyltransferases. In this study, we developed an engineered mitochondria-localized acetyltransferase, named engineered mitochondrial acetyltransferase (eMAT). eMAT localized in the mitochondrial matrix and introduced robust global protein lysine acetylation, including 413 proteins with 1,119 target lysine residues. Notably, 74% of the acetylated proteins overlapped with previously known acetylated proteins, indicating that the eMAT-mediated acetylation system is physiologically relevant. Functionally, eMAT negatively regulated mitochondrial energy metabolism, inhibited cell growth, and promoted cellular senescence, suggesting that mitochondrial hyper-acetylation drives metabolic inhibition and cellular senescence. SIRT3 counteracted eMAT-induced acetylation and metabolic inhibition, restored cell growth, and protected cells from senescence, highlighting the contribution of SIRT3 in maintaining energy metabolism and preventing cellular senescence.

医療・健康
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