Proteome of actin stress fibers
Stress fibers are cytoskeletal structures primarily composed of actin filaments and non-muscle myosin II, which play a crucial role in maintaining cellular architecture and mediating adhesion to surrounding tissues. Stress fibers function as key mechanosensors, responding to the rigidity of the extracellular matrix and external mechanical stimuli. A defining feature of these structures is their dynamic reorganization, which enables cells to adapt to environmental changes.
In this study (Liu et al., Mol. Biol. Cell 33, 2022), we identified the constituent proteins of stress fibers and investigated their expression changes during cellular senescence. First, using a previously developed method (1, 2, etc.), we isolated stress fibers from human fibroblasts and conducted proteomic analysis to characterize their protein composition. We then performed a comprehensive analysis of factors whose expression levels change as cells undergo senescence.
Among these, we focused on elongation factor 2 (eEF2) and found that its expression increases along the length of stress fibers during cellular senescence. We demonstrated that this upregulation leads to a delayed progression in cell proliferation, migration, and metabolic activity. Thus, our study provides a molecular-level understanding of the relationship between cellular senescence and the actin cytoskeleton, highlighting a key mechanism of senescence-associated functional decline in cells.
ストレスファイバーのプロテオーム
ストレスファイバー（stress Fibers）は、アクチンフィラメントと非筋II型ミオシンを主成分とする細胞骨格構造であり、細胞の構造維持や周囲組織との接着などに重要な役割を果たします。特に、細胞が細胞外基質の剛性や外部からの力学的刺激を感知・応答する際に機能し、環境の変化に適応するためにその構造や配置を動的に変化させることが特徴です。
本論文（Liu et al., Mol. Biol. Cell 33, 2022）では、ストレスファイバーの構成タンパク質を明らかにするとともに、老化に伴う発現変化を調べました。まず、ストレスファイバーを、過去に開発した方法（1, 2など）によって線維芽細胞から単離し、そのプロテオーム解析により構成タンパク質を同定しました（下図）。さらに、細胞老化に伴い発現量が変化する因子を網羅的に解析しました。
特にeEF2（elongation factor 2）に着目し、細胞老化に伴いストレスファイバーに沿って発現量が上昇することを発見しました。さらに、この増加が細胞の増殖、遊走、代謝速度を遅延させることを明らかにしました。このように本研究は、細胞老化と細胞骨格の関係を分子レベルで解明し、老化に伴う細胞機能の低下メカニズムの一端を示しました。また、現象レベルの観察に留まりがちであったストレスファイバーに関する研究を分子レベルで解明する道を拓いた点で意義深いものと位置付けています。ストレスファイバーは、細胞の構造変化に応じて適応的に再構築されるため、我々が関心をもつ生命の単位・細胞の環境適応の物理メカニズムの究明を一層進めるうえでも重要な知見が得られました。
