これからはじめる ミトコンドリア研究

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ミトコンドリアは我々ヒトを始めとするほとんどの真核生物の細胞内に存在する細胞小器官の1つです。数ある細胞小器官のなかでも特にエネルギー産生（アデノシン三リン酸：ATP）において重要な役割を果たすミトコンドリアは、その形態、機能、活性など様々な指標について盛んに研究が行われています。また、ミトコンドリアの活性や機能障害が癌や老化、アルツハイマーやパーキンソン病等の神経変性疾患などと密接に関与していることが明らかになってきています。本ページではミトコンドリアの状態を理解するうえで重要な指標である「ミトコンドリア膜電位」を始めとする様々な指標に対する研究用試薬をご紹介しています。

• ミトコンドリア膜電位と各種疾患との関係についての学術情報 (ページリンク)

下記表では、ミトコンドリア研究用試薬として、損傷ミトコンドリアの品質管理システムであるマイトファジー検出（Mitophagy Detection Kit, Keima-Red）をはじめ、ROS:活性酸素種の検出（Si-DMA、mtSOX、MitoSOX）およびROSにより酸化を受け生じた過酸化脂質などの脂溶性過酸化物の検出（MitoPeDPP）、更にはミトコンドリア染色用および膜電位依存的な各種蛍光プローブ（MitoBright LTシリーズ [Green] [Red] [Deep Red])、MitoBright IM、MitoTrackerシリーズ、JC-1、MT-1）の特徴を紹介しています。

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ミトコンドリア膜電位と疾患の関係性

ミトコンドリア膜電位はミトコンドリアの状態を理解するための重要な指標です。本項では関連のある疾患や各指標について学術情報をまとめました。

下記のタイトルをクリックで該当項目にジャンプします

• ミトコンドリア膜電位と老化の関連性
• ミトコンドリア膜電位と抗がん作用
• ミトコンドリア膜電位とNASH

ミトコンドリアは、ATP 等のエネルギー産生の場であり、その活性の変化や機能障害ががんや老化、神経変性疾患などと密接に関連しています。そのためミトコンドリアの状態を理解することが重要であり、その指標としてエネルギー産生に伴い生じる膜電位差が評価されています。
ミトコンドリアが正常で膜電位差が保たれた状態では、JC-1 が凝集し赤色の蛍光を発し、膜電位が低下すると、JC-1 が単量体として存在し緑色の蛍光を発します。この赤色と緑色の蛍光強度の変化をミトコンドリアの状態として評価することができます。

老化細胞ではミトコンドリア機能低下に伴い、嫌気的解糖系によるATP産生を主とするため、乳酸産生量が増加しています¹⁾。
老化によるミトコンドリア機能低下の要因の一つとして、DNA損傷が挙げられます。DNAへのダメージが蓄積するとDNA修復機構が活性化し、NAD⁺消費量が増加します。
NAD⁺量の減少はミトコンドリア機能維持に重要な因子であるSIRT1活性を下げ、ミトコンドリア機能低下（電子伝達系阻害→ATP産生・NAD⁺量の低下）を招きます^{2), 3)}。

＜参考文献＞
1) Z. Feng, R. W. Hanson, N. A. Berger and A. Trubitsyn, “Reprogramming of energy metabolism as a driver of aging”, Oncotarget., 2016, 7(13), 15410.
2) J. Wu, Z. Jin, H. Zheng and L. Yan, “Sources and implications of NADH/NAD⁺ redox imbalance in diabetes and its complications”, Diabetes Metab. Syndr. Obes., 2016, 9, 145.
3) S. Imai and L. Guarente, “NAD⁺ and sirtuins in aging and disease”, Trends in Cell Biology, 2014, 24(8), 464.

非アルコール性肝疾患（NAFLD）は飲酒歴にかかわらず、高齢者に好発する肝臓の病態変化であり、脂肪肝（Steatosis）から非アルコール性脂肪肝炎（NASH）を経て、線維化を伴う肝硬変（Cirrhosis）・肝癌（HCC）へと進行する包括的な疾患概念です¹⁾。近年、細胞老化とそれに伴うミトコンドリア機能異常がNAFLD/NASHの進展に大きく寄与していることが報告され注目を集めております^2,3,4,5)。NAFLD/NASHのリスクファクターである肥満状態では、脂質の沈着が増加し活性酸素種（ROS）や炎症性サイトカインの産生が亢進し、細胞老化が惹起されます²⁾。細胞老化に伴うNAD⁺量の低下によりミトコンドリア機能は低下³⁾し、ミトコンドリア機能の低下はさらなるNAD⁺量の低下を招き老化様の細胞機能変化を増長します⁴⁾。一方で肝臓特異的に細胞老化を誘導することで脂質沈着の増加、線維化の促進が認められたこと⁵⁾から、NAFLD/NASHの進展過程では細胞老化やミトコンドリア機能異常、それに付随する代謝変化が複雑に平衡して炎症・線維性の病態を形成していることが明らかとなっております。今後この複雑な平衡関係とNAFLD/NASHとの関係をより詳細に解析していくことが新たな治療方法確立への一助となると期待されています。

各NAFLD/NASHモデルにおける報告例　　※表中の指標にあるリンクをクリックすると測定キット・試薬ページが開きます。