はじめに
後藤雄一
国立精神・神経医療研究センターメディカル・ゲノムセンターセンター長
最近のミトコンドリアに関する基礎研究の進展により，ミトコンドリアのもつ多彩な細胞機能のメカニズムがつぎつぎと明らかになっている．一例をあげると，2016 年ノーベル生理学・医学賞を受賞した大隅良典博士のオートファジー現象は，ミトコンドリアにおいてその品質管理システムとして重要な役割を担っており，その破綻がパーキンソン病に関係するなど，病態解明とともにあらたな治療法の礎になる状況が出てきている．
ミトコンドリア基礎研究からみえてくるものは，これまでおもにエネルギー代謝障害としてとらえてきた病態ばかりでなく，個体発生，神経変性，老化などの諸々の病態とミトコンドリア機能変化との興味深い関係である．生物研究者や医学者にとって，「ミトコンドリアとはいったい何者か」という基本的で根源的な疑問がふたたび湧き出てきているといってよいであろう．
本特集では，(1)基礎研究からみたミトコンドリア機能障害の病態，そして(2)臨床の立場からみた細胞および組織病態，の両方向性のアプローチを通して，ミトコンドリアとミトコンドリア病の研究成果の現状を把握することを意図している．基礎研究と臨床研究の有機的な連携が，あらたな治療法や予防法の開発につながることが期待される．
後藤雄一
国立精神・神経医療研究センターメディカル・ゲノムセンターセンター長
最近のミトコンドリアに関する基礎研究の進展により，ミトコンドリアのもつ多彩な細胞機能のメカニズムがつぎつぎと明らかになっている．一例をあげると，2016 年ノーベル生理学・医学賞を受賞した大隅良典博士のオートファジー現象は，ミトコンドリアにおいてその品質管理システムとして重要な役割を担っており，その破綻がパーキンソン病に関係するなど，病態解明とともにあらたな治療法の礎になる状況が出てきている．
ミトコンドリア基礎研究からみえてくるものは，これまでおもにエネルギー代謝障害としてとらえてきた病態ばかりでなく，個体発生，神経変性，老化などの諸々の病態とミトコンドリア機能変化との興味深い関係である．生物研究者や医学者にとって，「ミトコンドリアとはいったい何者か」という基本的で根源的な疑問がふたたび湧き出てきているといってよいであろう．
本特集では，(1)基礎研究からみたミトコンドリア機能障害の病態，そして(2)臨床の立場からみた細胞および組織病態，の両方向性のアプローチを通して，ミトコンドリアとミトコンドリア病の研究成果の現状を把握することを意図している．基礎研究と臨床研究の有機的な連携が，あらたな治療法や予防法の開発につながることが期待される．
はじめに（後藤雄一）
基礎研究の進展
1．ミトコンドリアDNAのユニークな複製メカニズム
（安川武宏）
ミトコンドリアDNA（mtDNA）の特徴と重要性
長く信じられていたmtDNAの複製モデル
二次元アガロースゲル核酸電気泳動法（2 D-AGE）でとらえられたmtDNA複製中間体の姿
2 つのmtDNA複製モードはどのようにしてコントロールされているのであろうか
2．ミトコンドリアtRNA修飾の機能と疾患
（鈴木 勉）
ミトコンドリアゲノムとtRNAの生合成
ミトコンドリアtRNAの修飾
ミトコンドリアの遺伝暗号解読とtRNA修飾
ミトコンドリア脳筋症
ミトコンドリア脳筋症で見出されたタウリン修飾の欠損
ホルミルシチジン修飾と疾患
ミトコンドリアtRNA修飾酵素の変異と疾患
3．ミトコンドリア形態変化の生理的意義
（伴 匡人・他）
ミトコンドリアのダイナミックな形態変化
ミトコンドリア融合の分子機構
ミトコンドリア分裂の分子機構
ミトコンドリア形態制御の分化組織における機能
ミトコンドリアDNA（mtDNA）の機能発現とダイナミクス
4．小胞体-ミトコンドリア接触場の形成制御とアルツハイマー病
（武田啓佑・柳 茂）
MAMの繋留分子群
MAMの機能
MAMと病態
5．ミトコンドリア消失機構の分子基盤
（清水重臣）
Atg5 を使ったオートファジー機構
哺乳動物細胞におけるあらたなオートファジー機構の発見
赤血球のマイトファジー
パーキンソン病（PD）の病態としてのマイトファジー異常
6．ミトコンドリア蛋白質の配送機構
（遠藤斗志也）
ミトコンドリア蛋白質の配送経路
トランスロケータの構造生物学
7．ミトコンドリアDDS研究のあゆみ―ミトコンドリア標的型ナノカプセル“MITO-Porter”が拓く未来医療
（山田勇磨）
ミトコンドリア標的型DDS開発の現状
ミトコンドリア標的型ナノカプセル“MITO-Porter”の創製
ミトコンドリアを標的とするナノ医薬品開発に向けたアプローチ
ミトコンドリアを標的とする遺伝子治療への挑戦
8．呼吸鎖複合体Iアセンブリー機構とミトコンドリア病
（三牧正和）
呼吸鎖複合体Iの構造と機能
呼吸鎖複合体Iのアセンブリー
呼吸鎖複合体Iのアセンブリーファクター
9．ミトコンドリアに局在するプロテアーゼのあらたな機能
（相原正宗・松島雄一）
膜間腔のプロテアーゼ
マトリックスのプロテアーゼ
臨床への展開
10．ミトコンドリア病の病因研究の現状
（後藤雄一）
ミトコンドリアDNA検査の現状
核DNA上の原因遺伝子の解析
今後の方向性
11．ミトコンドリア代謝・酸化ストレスの分子イメージング
（井川正道・米田 誠）
ミトコンドリア代謝のイメージング
酸化ストレスのイメージング
MELAS脳卒中様発作のイメージング
12．突然変異型ミトコンドリアゲノムを含有するモデルマウス
（小笠原絵美・中田和人）
核遺伝子の改変によって作製された変異型mtDNA含有マウス
細胞質移植法によって作製された変異型mtDNA導入マウス
13．疾患モデルiPS細胞を活用したミトコンドリア病研究
（畠山英之）
変異型ミトコンドリアDNAとミトコンドリア病
ミトコンドリア病に対するiPS細胞研究の重要性
細胞初期化・分化過程における変異型mtDNAの病的影響
iPS細胞を用いたミトコンドリア病の病態再現と創薬研究
ミトコンドリア病に対するiPS細胞研究の将来的な展望
14．遺伝子から探るパーキンソン病病態へのミトコンドリアの関与
（今居 譲・他）
ミトコンドリアと孤発性PD
Parkin遺伝子の研究から明らかとなったPD病態へのミトコンドリアの関与
PINK1 によるParkinの活性化
Parkinが細胞質からミトコンドリアへ移行する分子メカニズム
PINK1-Parkinシグナルの生理的意義
PD原因遺伝子CHCHD2 の同定とその蛋白質代謝への関与
CHCHD2 の機能
15．MELASに対するタウリン補充療法
（砂田芳秀）
MELAS―tRNAのタウリン修飾異常症
タウリン欠乏症状とMELAS
タウリン補充による変異ミトコンドリア機能の改善
タウリン補充療法の先行臨床研究と医師主導治験
タウリン補充療法の有効性と今後の取組み
16．ミトコンドリア機能改善薬MA-5 によるミトコンドリア病の治療
（鈴木健弘・阿部高明）
ミトコンドリア病とミトコンドリア異常
ミトコンドリアの形態-機能の相関：mitochondrial dynamics
ミトコンドリア機能改善薬MA-5
17．ミトコンドリア病に対する生殖補助医療
（末岡 浩）
ミトコンドリア遺伝子と生殖
生殖補助医療技術と着床前遺伝子診断
ミトコンドリア病に対する生殖医療アプローチ
ミトコンドリア病に対するPGD
ミトコンドリア病に対する核移植
今後の展望
18．ミトコンドリア病薬剤開発の現状―創薬ターゲットと開発戦略を中心に
（菅沼正司）
創薬ターゲット
ミトコンドリア病の開発戦略
19．ミトコンドリア病の遺伝カウンセリング
（杉本立夏）
遺伝カウンセリングとは?
ミトコンドリア病の遺伝カウンセリングの内容
ミトコンドリア病の遺伝カウンセリングの特徴
遺伝カウンセリングの活用
20．ミトコンドリア病に対する医療体制の現状と課題
（後藤雄一）
ミトコンドリア病の診断とその体制
指定難病としてのミトコンドリア病の診断
ミトコンドリア病の治療体制と今後の方向性
サイドメモ
mtDNA複製と疾患
線維性Aβと可溶性Aβ
分子イメージング
呼吸鎖複合体
オートファジーとマイトファジー
リン酸化ポリユビキチン鎖の種
生殖補助医療
臨床研究に関する用語解説
基礎研究の進展
1．ミトコンドリアDNAのユニークな複製メカニズム
（安川武宏）
ミトコンドリアDNA（mtDNA）の特徴と重要性
長く信じられていたmtDNAの複製モデル
二次元アガロースゲル核酸電気泳動法（2 D-AGE）でとらえられたmtDNA複製中間体の姿
2 つのmtDNA複製モードはどのようにしてコントロールされているのであろうか
2．ミトコンドリアtRNA修飾の機能と疾患
（鈴木 勉）
ミトコンドリアゲノムとtRNAの生合成
ミトコンドリアtRNAの修飾
ミトコンドリアの遺伝暗号解読とtRNA修飾
ミトコンドリア脳筋症
ミトコンドリア脳筋症で見出されたタウリン修飾の欠損
ホルミルシチジン修飾と疾患
ミトコンドリアtRNA修飾酵素の変異と疾患
3．ミトコンドリア形態変化の生理的意義
（伴 匡人・他）
ミトコンドリアのダイナミックな形態変化
ミトコンドリア融合の分子機構
ミトコンドリア分裂の分子機構
ミトコンドリア形態制御の分化組織における機能
ミトコンドリアDNA（mtDNA）の機能発現とダイナミクス
4．小胞体-ミトコンドリア接触場の形成制御とアルツハイマー病
（武田啓佑・柳 茂）
MAMの繋留分子群
MAMの機能
MAMと病態
5．ミトコンドリア消失機構の分子基盤
（清水重臣）
Atg5 を使ったオートファジー機構
哺乳動物細胞におけるあらたなオートファジー機構の発見
赤血球のマイトファジー
パーキンソン病（PD）の病態としてのマイトファジー異常
6．ミトコンドリア蛋白質の配送機構
（遠藤斗志也）
ミトコンドリア蛋白質の配送経路
トランスロケータの構造生物学
7．ミトコンドリアDDS研究のあゆみ―ミトコンドリア標的型ナノカプセル“MITO-Porter”が拓く未来医療
（山田勇磨）
ミトコンドリア標的型DDS開発の現状
ミトコンドリア標的型ナノカプセル“MITO-Porter”の創製
ミトコンドリアを標的とするナノ医薬品開発に向けたアプローチ
ミトコンドリアを標的とする遺伝子治療への挑戦
8．呼吸鎖複合体Iアセンブリー機構とミトコンドリア病
（三牧正和）
呼吸鎖複合体Iの構造と機能
呼吸鎖複合体Iのアセンブリー
呼吸鎖複合体Iのアセンブリーファクター
9．ミトコンドリアに局在するプロテアーゼのあらたな機能
（相原正宗・松島雄一）
膜間腔のプロテアーゼ
マトリックスのプロテアーゼ
臨床への展開
10．ミトコンドリア病の病因研究の現状
（後藤雄一）
ミトコンドリアDNA検査の現状
核DNA上の原因遺伝子の解析
今後の方向性
11．ミトコンドリア代謝・酸化ストレスの分子イメージング
（井川正道・米田 誠）
ミトコンドリア代謝のイメージング
酸化ストレスのイメージング
MELAS脳卒中様発作のイメージング
12．突然変異型ミトコンドリアゲノムを含有するモデルマウス
（小笠原絵美・中田和人）
核遺伝子の改変によって作製された変異型mtDNA含有マウス
細胞質移植法によって作製された変異型mtDNA導入マウス
13．疾患モデルiPS細胞を活用したミトコンドリア病研究
（畠山英之）
変異型ミトコンドリアDNAとミトコンドリア病
ミトコンドリア病に対するiPS細胞研究の重要性
細胞初期化・分化過程における変異型mtDNAの病的影響
iPS細胞を用いたミトコンドリア病の病態再現と創薬研究
ミトコンドリア病に対するiPS細胞研究の将来的な展望
14．遺伝子から探るパーキンソン病病態へのミトコンドリアの関与
（今居 譲・他）
ミトコンドリアと孤発性PD
Parkin遺伝子の研究から明らかとなったPD病態へのミトコンドリアの関与
PINK1 によるParkinの活性化
Parkinが細胞質からミトコンドリアへ移行する分子メカニズム
PINK1-Parkinシグナルの生理的意義
PD原因遺伝子CHCHD2 の同定とその蛋白質代謝への関与
CHCHD2 の機能
15．MELASに対するタウリン補充療法
（砂田芳秀）
MELAS―tRNAのタウリン修飾異常症
タウリン欠乏症状とMELAS
タウリン補充による変異ミトコンドリア機能の改善
タウリン補充療法の先行臨床研究と医師主導治験
タウリン補充療法の有効性と今後の取組み
16．ミトコンドリア機能改善薬MA-5 によるミトコンドリア病の治療
（鈴木健弘・阿部高明）
ミトコンドリア病とミトコンドリア異常
ミトコンドリアの形態-機能の相関：mitochondrial dynamics
ミトコンドリア機能改善薬MA-5
17．ミトコンドリア病に対する生殖補助医療
（末岡 浩）
ミトコンドリア遺伝子と生殖
生殖補助医療技術と着床前遺伝子診断
ミトコンドリア病に対する生殖医療アプローチ
ミトコンドリア病に対するPGD
ミトコンドリア病に対する核移植
今後の展望
18．ミトコンドリア病薬剤開発の現状―創薬ターゲットと開発戦略を中心に
（菅沼正司）
創薬ターゲット
ミトコンドリア病の開発戦略
19．ミトコンドリア病の遺伝カウンセリング
（杉本立夏）
遺伝カウンセリングとは?
ミトコンドリア病の遺伝カウンセリングの内容
ミトコンドリア病の遺伝カウンセリングの特徴
遺伝カウンセリングの活用
20．ミトコンドリア病に対する医療体制の現状と課題
（後藤雄一）
ミトコンドリア病の診断とその体制
指定難病としてのミトコンドリア病の診断
ミトコンドリア病の治療体制と今後の方向性
サイドメモ
mtDNA複製と疾患
線維性Aβと可溶性Aβ
分子イメージング
呼吸鎖複合体
オートファジーとマイトファジー
リン酸化ポリユビキチン鎖の種
生殖補助医療
臨床研究に関する用語解説
