骨は進化によって「力に応答するしくみ」を獲得した~運動様式の転換が骨基質タンパク質の進化とメカノレスポンスを形作った~

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2026-01-27 東京科学大学

東京科学大学(Science Tokyo)を中心とする国際共同研究は、骨が力学刺激に応答する「メカノレスポンス」の分子機構が、脊椎動物の進化過程で獲得されたものであることを明らかにした。研究チームは、脊椎動物31種に共通する骨細胞外基質タンパク質255種を進化学的に解析し、水中から陸上への移行やヒトの二足歩行獲得といった運動様式の転換期に、特定タンパク質が正の選択を受けていたことを発見した。さらに、骨芽細胞に力学刺激を与える実験により、Fetuin Aなど5種のタンパク質が刺激に応じて顕著に発現増加することを実証した。本成果は、骨の力学応答が進化に組み込まれた分子システムであることを示し、骨粗鬆症など骨疾患の新たな診断や治療標的探索につながる知見を提供する。

骨は進化によって「力に応答するしくみ」を獲得した~運動様式の転換が骨基質タンパク質の進化とメカノレスポンスを形作った~
骨細胞外基質タンパク質のFetuin Aは力学的な刺激を与えると発現が優位に増加した。

<関連情報>

骨の機械的反応は脊椎動物の進化における運動の移行によって駆動される Bone mechano-response is driven by locomotion transitions during vertebrate evolution

Saeka Shimochi,Clara Brunet,Margalida Fontcuberta-Rigo,Katja Hrovat,Pere Puigbò & Miho Nakamura
Communications Biology  Published:29 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42003-025-09292-1

Abstract

The skeleton supports the muscles in keeping the body upright against gravity while enduring thousands of daily loads. In this study, we investigated non-collagenous bone matrix proteins using osteoblast cell cultures and phylogenetic analyses to identify the molecular mechanisms involved in mechanical loading. The results indicate that several non-collagenous proteins may significantly regulate the bone’s response to mechanical stress. Furthermore, we hypothesize that the bone mechano-response is an evolutionary-driven process. The selection analysis indicates that two of the major evolutionary transitions in vertebrate locomotion shaped the roles of non-collagenous proteins in the bone matrix: the water-to-land transition, which increased mechanical stress on the limbs, and the evolution to bipedalism in humans, which altered the distribution of stress on the lower and upper limbs. Fetuin A, positively selected in both evolutionary transitions, showed the most significant expression change during the mechanical stimulation experiments.

生物工学一般
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