重力によってミトコンドリア翻訳が活性化する -外的情報を細胞内に伝える経路を宇宙実験で同定-

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2026-06-30 理化学研究所,筑波大学

理化学研究所、筑波大学などの国際共同研究グループは、重力や機械的ストレスがミトコンドリア内翻訳を活性化する分子機構を世界で初めて解明した。国際宇宙ステーション(ISS)「きぼう」でヒト培養細胞と線虫を微小重力下で培養し、リボソームプロファイリング法で解析した結果、微小重力環境ではミトコンドリア内でのタンパク質合成が著しく低下することを発見した。さらに地上での疑似微小重力実験と分子解析により、細胞接着分子ラミニン・インテグリンを起点とするFAK–PAK1–RAC1–BAD–Bcl2シグナル経路がミトコンドリアへ情報を伝え、脂肪酸合成経路と翻訳装置のマロニル化を介して翻訳活性を制御することを明らかにした。また、運動などの機械的刺激でも同じ経路が働き、筋肉でのミトコンドリア翻訳を促進することをマウスで確認した。本成果は、重力という物理刺激が細胞のエネルギー産生を制御する仕組みを解明したものであり、宇宙滞在中の健康維持だけでなく、加齢、筋萎縮、ミトコンドリア病の病態解明や、ミトコンドリア翻訳を標的とした創薬につながることが期待される。

重力によってミトコンドリア翻訳が活性化する -外的情報を細胞内に伝える経路を宇宙実験で同定-
重力によるミトコンドリア翻訳調整の概要(generated by Issei Takahashi)

<関連情報>

重力と機械力がミトコンドリア翻訳を形作る Gravitational and mechanical forces shape mitochondrial translation

Taisei Wakigawa  (脇川 大誠),Yusuke Kimura,Mari Mito,Toshiya Tsubaki,Muhoon Lee,Koki Nakamura,Abdul Haseeb Khan,Hironori Saito,Tohru Yamamori,Tomokazu Yamazaki  (山﨑誠和),Akira Higashibata,Tatsuhisa Tsuboi,Yusuke Hirabayashi,Nono Takeuchi-Tomita,Taku Saito,Atsushi Higashitani,Yuichi Shichino  (七野 悠一) & Shintaro Iwasaki  (岩崎 信太郎)
Nature  Communications  Published:30 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-74493-z

Abstract

Life on Earth has evolved in a form suitable for the gravitational force. Although the pivotal role of gravity in gene expression has been suggested, the molecular details remain unclear. Here, we show that mitochondria utilize gravity to activate protein synthesis within the organelle. Genome-wide ribosome profiling reveals reduced mitochondrial translation in mammalian cells and Caenorhabditis elegans under microgravity. We found that attenuation of cell adhesion through laminin–integrin interactions caused the phenotype. Mitochondrial translation is activated by a signal relayed by FAK, RAC1, PAK1, BAD, and Bcl-2 family proteins in the cytosol, and the mitochondrial fatty acid synthesis (mtFAS) pathway in the matrix. Consumption of mitochondrial malonyl-CoA by mtFAS reduces the malonylation of the translational machinery and accelerates the rates of translational initiation and elongation. Physiologically, this system operates in mechano-response of skeletal muscles. Our work provides mechanistic insights into how cells convert gravitational and mechanical forces into translation in mitochondria.

生物化学工学
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