細胞の「水分センサー」を発見 (Scientists at Tsinghua discover a cellular “water sensor”)

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2026-06-03 清華大学

清華大学の方暁峰(Xiaofeng Fang)准教授らは、植物細胞が細胞内の水分状態(水ポテンシャル)を直接感知する仕組みを発見し、その成果をNature誌に発表した。研究チームは、これまで機能不明だった核内タンパク質SAM8が、水分量の変化に応じて相分離凝縮体を形成することを明らかにした。重水(D₂O)を利用した実験では、タンパク質周辺の水和状態のみを選択的に変化させることで、SAM8が細胞の体積変化や従来の浸透圧シグナルとは独立して応答することが確認された。SAM8は厚い水和層を持ち、水が十分な状態では分散して存在するが、水ポテンシャルが低下すると分子間相互作用が強まり凝縮する。凝縮したSAM8はRNA輸送因子を集積し、成長関連遺伝子の翻訳を抑制する一方で、ストレス応答遺伝子の翻訳を促進することで植物を「生存優先モード」へ移行させる。研究は、水和層そのものが環境センサーとして機能することを示した初の例であり、生体分子の物理化学的性質による環境認識という新たな概念を提示した。また、重水を利用した「重水生物学」という新たな研究分野の可能性も示している。

細胞の「水分センサー」を発見 (Scientists at Tsinghua discover a cellular “water sensor”)
Figure 1. SAM8 undergoes water-dependent condensation. (A) Illustration of the impact of D₂O. (B) SAM8 forms condensation in cells on D₂O treatment.

<関連情報>

生体分子凝縮による細胞内水ポテンシャル感知 Cellular water-potential sensing through biomolecular condensation

Yunhe Wang,Longchen Zhu,Yun Yang,Xiaoshuang Li,Xin Zhang & Xiaofeng Fang
Nature  Published:27 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-10591-8

Abstract

Water molecules, as solvents for biomolecules, are essential to cells. The water potential of the cell decreases under water-deficient conditions1,2, yet how cells sense changes in water potential remains unknown. Here we identify a sterile alpha motif (SAM)-containing protein, SAM8, that undergoes water-potential-dependent condensation both in vivo and in vitro and is crucial for hyperosmotic stress tolerance and seed germination. We use biophysical techniques, in vitro reconstitution and bioimaging to demonstrate that SAM8 is strongly hydrated under normal water conditions, preventing its macroscopic condensation. A negatively charged patch determines SAM8 hydration by creating an electric field and micropolar environment. Water-deficient conditions weaken this hydration, thereby activating SAM8 condensation by reprogramming hydrogen bond, electrostatic and hydrophobic interactions. Furthermore, we demonstrate that SAM8 condensates selectively sequester RNA export factors, leading to nuclear retention of mRNAs and translational reprogramming under hyperosmotic stress. Our findings show a mechanism by which plant cells directly sense and respond to water status, shedding light on how they adapt to water deficit conditions.

生物化学工学
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