NC | Ribo-seq应用：重力与机械力对线粒体翻译调控的作用

地球上的生命已进化出适应重力的形态。尽管先前研究已表明重力在基因表达中扮演关键角色，但其具体的分子细节仍不清楚。

太空环境，特别是微重力，是细胞面临的主要危害之一，可能导致氧化应激、线粒体功能障碍和表观遗传变化。为填补认知空白，研究人员已利用多组学方法分析了宇航员等太空飞行样本的表观基因组、转录组、蛋白质组和代谢组。

这些研究揭示了与上述有害表型相关的微重力介导的基因表达谱变化。然而，作为一种能够快速、动态地重编程蛋白质表达的重要调控方式，翻译调控在以往的太空飞行研究中一直被忽视。

2026年6月30日，东京大学Shintaro Iwasaki团队在Nature Communications上发表了题为“Gravitational and mechanical forces shape mitochondrial translation” 的研究论文。该研究发现线粒体能够利用重力来激活其内部的蛋白质合成，并揭示了微重力环境会导致人类细胞和线虫的线粒体翻译显著下调。

文章索引

【标题】Gravitational and mechanical forces shape mitochondrial translation

【发表期刊】Nature Communications

【发表日期】2026年6月30日

【作者及团队】东京大学Shintaro Iwasaki团队

【IF】15.7

研究结果

一、太空微重力抑制线粒体翻译

通过对国际空间站上培养的人类细胞和秀丽隐杆线虫进行Ribo-seq核糖体印迹分析，研究发现微重力环境显著降低了线粒体基因组编码的mRNA的翻译效率，而其mRNA丰度并未减少。

这表明抑制线粒体翻译是高等真核生物对微重力的普遍早期响应。

二、地面模拟微重力可重现翻译抑制，且该过程受重力大小调控

利用3D旋转器在地面模拟微重力，成功在多种细胞系中重现了线粒体翻译被抑制的现象。

进一步实验表明，线粒体翻译活性与重力大小呈正相关，在1g下恢复，在10g超重力下则被激活，证明了该调控机制的弹性和可逆性。

三、细胞黏附通路介导重力信号

研究发现，通过层黏连蛋白增强细胞黏附能激活线粒体翻译，而抑制整合素则起到相反作用。

在模拟微重力条件下，预先用层黏连蛋白处理培养皿能有效对抗翻译抑制效应，证明细胞黏附是细胞感知重力并将其传递给线粒体翻译的关键环节。

四、鉴定出从细胞黏附到线粒体的信号转导通路

通过一系列药物抑制和基因敲除实验，研究人员描绘出一条清晰的信号通路。

细胞黏附激活黏着斑激酶，进而激活RAC1和PAK1，磷酸化的PAK1使BAD蛋白从线粒体上解离，从而激活Bcl-2家族蛋白，最终促进线粒体翻译。

五、mtFAS和蛋白质去丙二酰化是调控翻译的关键

研究发现，上述信号通路最终汇集到线粒体脂肪酸合成途径。

mtFAS的激活消耗了线粒体基质中的丙二酰辅酶A，导致线粒体多聚核糖体和翻译因子等蛋白的丙二酰化修饰水平降低。

体外重构实验证实，丙二酰辅酶A直接抑制翻译，因此去丙二酰化是促进翻译起始和延伸速率的核心机制。

六、机械应力在体内核实了该调控通路

为了验证该机制的生理相关性，研究人员采用小鼠后肢悬吊固定模型来最小化骨骼肌的机械应力。

结果显示，机械应力减弱导致小鼠比目鱼肌的线粒体翻译水平显著下降，证实了该通路在肌肉组织响应力学刺激中发挥重要作用。

总结

本文从太空飞行样本的翻译组学分析出发，揭示了一条前所未知的信号通路，该通路将细胞黏附、重力及机械力等外部物理信号与线粒体内部的翻译活动直接联系起来。研究阐明了从细胞外基质到线粒体基质的完整信号链，即通过FAK-mtFAS-丙二酰化修饰轴，精确调控线粒体蛋白合成速率以响应力学环境的变化。