生命が環境変化に適応し恒常性を維持する仕組みを解明~ シグナル分子の動きがストレス応答と細胞運命を決定付ける~

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2026-01-09 東京大学

東京大学医科学研究所の研究グループは、環境ストレスにより細胞死や炎症を導くJNKが、刺激強度が閾値を超えたときのみ急峻に活性化する「スイッチ様応答」を示す分子機構を解明した。無刺激時はJNK上流因子MKK4が核—細胞質間をゆっくり往復するが、紫外線などのストレス下ではシャトル速度が劇的に増大する。この動態変化そのものが情報として働き、アナログなストレス入力をデジタルなJNK活性へ変換して細胞運命(細胞死・炎症)を決定する。動態制御を破綻させるとJNKが線形応答に変わり、低線量ストレスでも過剰反応して細胞死・炎症が誘発され、ゼブラフィッシュで発生異常も増加した。恒常性維持の基本原理と、動態を標的とする新たな治療戦略の可能性を示す。

生命が環境変化に適応し恒常性を維持する仕組みを解明~ シグナル分子の動きがストレス応答と細胞運命を決定付ける~
環境ストレス(アナログ入力)を「生か死か」(デジタル出力)へ変換する細胞運命決定の分子機構

<関連情報>

MKK4の時空間制御はスイッチのようなJNK活性化と二元的な細胞運命決定を指示する Spatiotemporal regulation of MKK4 dictates switch-like JNK activation and binary cell-fate decisions

Hisashi Moriizumi,Takanori Nakamura,Yuji Kubota,Ryosuke Hiranuma,Youngmin Cho,Toru Kawanishi,Hiroyuki Takeda,Takashi Suzuki & Mutsuhiro Takekawa
Nature Communications  Published:08 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-67943-7

Abstract

The JNK pathway converts graded (analogue) stress stimuli into a switch-like (digital) response, thereby dictating binary, all-or-none cell-fate decisions such as survival or death. However, the underlying mechanism remains unclear. Here, we report that the stress-induced modulation of MKK4 spatiotemporal dynamics serves as an analogue-to-digital converter for JNK signalling. Under steady-state conditions, MKK4 shuttles slowly between the nucleus and cytoplasm, but its shuttling rate increases markedly under stress via JNK-mediated feedback regulation. Experimental and mathematical analyses reveal that the increased shuttling rate, coupled with the predominant nuclear localisation of MKK4, cooperatively generates a switch-like JNK activation in response to graded stress stimuli. Disruption of this mechanism provokes graded JNK activity proportional to stress intensity, thereby aberrantly triggering apoptosis, pro-inflammatory cytokine production, and developmental abnormalities, even under mild stress in human cells and zebrafish embryos. Our findings reveal the fundamental molecular mechanism that maintains biological homeostasis under fluctuating environmental conditions.

細胞遺伝子工学
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