アミノ酸システインが高濃度で細胞に毒性を示す理由を解明(Scientists discover why high levels of the amino acid cysteine are toxic to cells)

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2026-09-18 ロックフェラー大学

ロックフェラー大学の研究チームは、アミノ酸の一種であるシステインが、条件によっては細胞に必須の抗酸化物質グルタチオンを「毒」に変える新たな代謝機構を明らかにした。研究では、システインが過剰になると細胞内のグルタチオンと反応し、通常の抗酸化作用を担う代謝物とは異なる、反応性の高い硫黄化合物を形成することを示した。これらの化合物は細胞のエネルギー産生や酸化還元バランスを乱し、細胞障害につながる可能性がある。一方、この反応は単純なシステイン過剰だけではなく、細胞内の代謝状態やグルタチオン量などに依存することも示された。研究者らは、この仕組みが特定の代謝異常や疾患でみられる細胞ストレスを理解する手掛かりになると考えている。システインとグルタチオンという生命維持に重要な硫黄代謝物の関係を、従来とは異なる観点から示した研究である。

アミノ酸システインが高濃度で細胞に毒性を示す理由を解明(Scientists discover why high levels of the amino acid cysteine are toxic to cells)
Chemical composition of an assay that turns samples bright red and helps detect the presence of iron. (Credit: Birsoy lab)

<関連情報>

システイン過剰はミトコンドリア鉄依存性細胞死を引き起こす Cysteine excess triggers a mitochondrial iron-dependent cell death

Toshitaka Nakamura, Ayaka Inoki, Nupur K. Das, Brandon Chen, Artem Khan, Yuyang Liu, Beste Uygur, Frederick S. Yen, Gokhan Unlu, Yatrik M. Shah & Kıvanç Birsoy
Nature Metabolism  Published:15 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s42255-026-01616-7

Abstract

Thiol-containing metabolites are central to cellular redox homeostasis1. Among these, cysteine functions as a proteogenic amino acid, supports redox balance and iron–sulfur cluster biogenesis, and, when depleted, triggers ferroptosis2. Cells nevertheless maintain cysteine at low levels, reflecting its intrinsic toxicity, but the mechanisms by which excess cysteine causes cell death remain unclear3. Here we performed a genome-wide CRISPR screen and identified mitochondrial iron transporters as essential mediators of cysteine toxicity. Limiting mitochondrial iron availability suppresses cysteine-induced cell death and prevents impairment of iron–sulfur cluster proteins and respiration. Mechanistically, cysteine mobilizes iron from ferritin, expands the cytosolic iron pool and drives mitochondrial iron accumulation. Enhancing glutathione reductase activity specifically within mitochondria restores redox balance downstream of iron accumulation and protects cells by maintaining iron–sulfur cluster integrity. Our findings suggest that maintaining low cysteine levels safeguards mitochondrial iron homeostasis, and that excess cysteine triggers a distinct mitochondrial iron-dependent cell death under conditions of thiol imbalance.

生物化学工学
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