最 近 の ト ピ ッ ク ス

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最 近 の ト ピ ッ ク ス

脚光を浴びる亜鉛ホメオスタシス
Zinc homeostasis comes of age

トリックス金属プロテアーゼ），alcohol dehydrogenase（アルコール脱水素酵素），carboxypeptidase（カルボキシペプチダーゼ）などがある。例えば SOD の働きが低新潟大学医歯学総合研究科

下すると細胞内の活性酸素，過酸化物が増えて DNA や口腔生化学分野細胞に障害を与える可能性がある。ファルネシルタンパ

公光

ク質転移酵素はコレステロールの中間体のファルネシル

Division of Oral Biochemistry

をタンパク質（例えば Ras）の C 末端に転移してタンNiigata University

パク質を膜結合性にする。癌遺伝子の Ras は MAP キ

Graduate School of Medical and Dental Sciences

ナーゼ系を介して細胞の分化増殖に影響するので，亜鉛織田

Kimimitsu Odaが欠乏するとこのシグナル伝達系に影響が出るかもしれない。炭酸脱水酵素（正確にはタイプⅡ）は破骨細胞のカルシウムのホメオスタシス（恒常性）とその情報伝骨吸収部位の酸性化に関与していることが知られてお達における役割が詳しく解析されて来たのに比べて亜鉛り，亜鉛の低下は骨の吸収を阻害する可能性がある。一の研究は遅れていた。しかし，最近になって細胞内の亜方，ALP（組織非特異型）は骨や歯の石灰化に必須な鉛濃度の維持に関与する亜鉛の輸送体（トランスポー

ので亜鉛の不足による機能不全は骨の低石灰化による発ター）がつぎつぎに明らかにされ，亜鉛のホメオスタシ育不全が考えられる。MMP は細胞外基質（コラーゲン，スの生理的重要性が分子レベルで解明されつつある。こフィブロネクチンなど）を分解する酵素で器官形成，発の小文ではこれまでに知られている亜鉛の働きの概説か育，創傷治癒過程など組織の構築，改造に関わっているら始めたい。

ことから，これらのプロセスの亜鉛の低下による全般的な影響が考えられる。ほんの数例をあげた上記の酵素以

1. 亜鉛欠乏症

外に，さらに，亜鉛フィンガーと呼ばれる一群のタンパク質が知られている。ゲノム解析から，ヒト全遺伝子の亜鉛は必須微量元素の一つで，その他には鉄，マンガ約３％は亜鉛フィンガータンパク質をコードすることが

ン，銅，セレン，ヨウ素，クロム，コバルト，モリブテ明らかになっている。亜鉛フィンガーはポリペプチド上ンなどが知られている。人体中の亜鉛は 70kg のヒトでの複数のシステイン残基が単独で（Cys2-Cys2），ある約 1.4 〜 2.3g とされており，これは鉄の２分の 1 でありいはヒスチジン残基との組み合わせに（Cys2-His2）よ1）

銅の 10 〜 15 倍，マンガンの約 100 倍に相当するという 。

り亜鉛を保持する構造で，SP1，GATA-1，Snail（後述）

亜鉛の生理的重要性は栄養学，特に亜鉛欠乏症の研究などの転写因子やビタミン D 受容体などの核内受容体に多くを負っている。ヒトの亜鉛欠乏症が 1963 年にはファミリーの DNA 結合部位を形成しており，従ってこじめて報告されて以来，胎児の発育，皮膚およびその付れらの転写因子の制御下にある多くのタンパク質の発現

属器官の新陳代謝，生殖機能，骨格の発育，味覚およびに亜鉛の欠乏による影響が考えられる。また同じく亜鉛

嗅覚の維持，精神神経作用・行動への影響，免疫機能維を含む RING フィンガー構造はユビキチンリガーゼやペ2）持などに亜鉛が係わっていることが知られている 。しルオキソソームの形成に関与する Peroxin で知られておかし，鉄イコール貧血というような簡単な図式で鉄の役り，タンパク質とタンパク質の結合に関与する。以上の割が理解されやすいのに対して，亜鉛の働きはあまりにように，今知られているだけでも亜鉛が関与する生化学も広範囲に渡っているため全体としてはかえって印象に反応は膨大なものとなり，亜鉛の欠乏の程度，欠乏にさ乏しい感がある。さて，亜鉛の多彩な働きを説明するだ

らされる時期（例えば胎児や成長期）に応じて酵素レベけの生化学的な知見は集まっているのだろうか？まず，ルから細胞，組織レベルで様々な欠乏症（病態）が呈す

実に 300 種類以上の酵素が亜鉛をその触媒作用に必要とる可能性がある。

する金属酵素であるという事実がある。思いつくまま列挙すると SOD（スーパーオキサイドディスムターゼ），２．亜鉛のホメオスタシス（恒常性）

OTC（オルニチントランスカルバミラーゼ），ファルネ
シルタンパク質転移酵素，ALP（アルカリホスファター

さて，細胞内の亜鉛は４つのプールに存在する：１）ゼ），carbonic anhydrase（炭酸脱水酵素），MMP（マ

上記の亜鉛要求性の酵素／タンパク質と結合した状態，− 35 −

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新潟歯学会誌

36（2）
：2006

２）細胞質のメタロチオネイン（metallothionine）との行し，その転写抑制作用に基づき E カドヘリンなどのゆるく結合した状態，３）細胞内小器官（小胞体，ゴル細胞間接着分子の発現が抑制されること，その結果としジ装置，リソソーム，エンドソーム，分泌顆粒，シナプて接着能を失いより運動能を獲得した原口背唇部の細胞ト小胞）内に蓄えられた状態，
４）細胞質での遊離状態。

が移動し原腸を形成するという道筋が明らかになってきそして，これらのプール間の亜鉛の分布に密接に関与すた。なお，
Zip6 は乳癌の転移との相関が報告されている。

るのが亜鉛の輸送体である。亜鉛の輸送体は２つに大別

３）樹状細胞は自然，獲得免疫で重要な働きをするが，される：細胞外からの細胞内への輸送に働く（そして，LPS（リポポリサッカライド）を作用させると細胞表面細胞内小器官から細胞質へ亜鉛を運ぶ）Zip と細胞内かにクラスⅡ MHC 分子を発現し，T 細胞へその情報を提ら細胞外へ亜鉛の排出に働く（そして，細胞内小器官へ示する。北村らは LPS 刺激により樹状細胞内の亜鉛濃亜鉛を運ぶ）Znt である。従って，Zip は細胞質の亜鉛度が一過性に低下することを報告した 6）。亜鉛に特異的濃度を上げ，反対に Znt は下げるように働く。ヒトのなキレーターを用いて細胞内の亜鉛濃度を下げると，ゲノム解析により，Zip，Znt はそれぞれ 14 種と９種のLPS で処理した場合と同じようにクラスⅡ MHC 分子輸送体からなるファミリーを形成していることが知られが細胞表面に増加し，共存培養の結果 CD4+T 細胞からている。基本的にはファミリー内で同じトポロジーを有は IL2 の分泌が上昇した。一方，薬物による前処理やしていると考えられており，Zip は８つの，一方 Znt は亜鉛の輸送体（Zip6）を過剰発現させて細胞内の亜鉛濃６つの膜貫通ドメインから構成され，多くの場合，細胞度を上昇させた細胞では，クラスⅡ MHC 分子の細胞表質側のヒスチジンに富むループが亜鉛との結合と選択性面での発現が抑制される結果，抗原の提示が阻害された。

3）に重要である 。ここでは亜鉛の輸送体に関連するいず

さらにこの情報伝達系ではよく知られているように LPS

れも日本発の成果３つを簡単に紹介する。の受容体として Toll-like receptor（TLR）４が働いてお１）分泌経路の亜鉛ホメオスタシスの重要性が神戸らのり，下流では細胞内のアダプター分子として MyD88 でグループにより精力的に研究されてきた。分泌経路に位はなく TRIF が関与し，複数の亜鉛輸送体の発現を調置する小器官（特にゴルジ装置）に局在してこれらの内節することで細胞内の亜鉛濃度の低下を起こす。細胞表部へ亜鉛を運ぶ輸送体 Znt5, Znt6, Znt7 を単独で，また面上のクラスⅡ MHC 分子の数は細胞内のエンドソームは組み合わせてノックアウトした細胞を用いて解析を行からの供給と細胞表面からのエンドソームへの移動によい，外来性に遺伝子導入した ALP が亜鉛の欠乏で活性るバランスで調節されているが，亜鉛の低下はエンドサを獲得できないだけでなく，酵素分子は細胞表面へ輸送イトーシスの抑制をもたらす結果として細胞表面上のクされずにプロテアソームで分解されることを報告した。

ラスⅡ MHC 分子の数を増加させるらしい。

さらには亜鉛の低下は小胞体管理機構と密接な関係を

以上，亜鉛の輸送体の研究から細胞レベルでは分泌タ持っており，Znt5 の発現自体が小胞体ストレスの鍵とンパク質輸送経路での亜鉛の重要性が，また組織レベルなる分子である XBP1 により制御を受けることを明ら

では亜鉛が初期胚の発生から免疫（そして癌の転移）ま4）

かにした 。

で広くその制御に関わっていることが明らかになって来

２）EMT（epitherial-mesenchymal transition）は上皮て，多くの研究者が亜鉛の動きに注目し始めている。

‑ 間葉転換と呼ばれ，通常密に接合している上皮細胞が参隣の細胞との接着を離れて可動性を得て移動する現象を考論

文示す。個体発生時における原腸陥入や器官形成，創傷治癒，癌転移の際に認められる。シュペーマンとマンゴル

１）山口正義：ミネラル（カルシウム，マグネシウム，フッドの神経誘導実験で有名な初期胚の原口背唇部はオーガナイザー（形成体）と呼ばれており，平野らのグループ

素，亜鉛）The BONE 20, 451-456, 2006-7２）荒 川 泰 行： 亜 鉛 の 有 用 性 を 探 る（ 序 文 ）「 治 療 」

は既にゼブラフィッシュ受精卵を用いて STAT3 がオーVol.

87 ８月別冊 2005 年

ガナイザー領域で活性化されることを報告していたが，

３）Kambe T, Yamaguchi-Iwai Y, Sasaki R, Nagao M:

オーガナイザー細胞における STAT3 の標的遺伝子が亜Overview of mammalian zinc transporters. Cell

5）

鉛輸送体 Zip6（LIV1）であることを見いだした 。さMol. Life Sci. 61, 49-68, 2004

らに Zip6 ノックダウンゼブラフィッシュ胚を作製して４）Ishihara K, Yamazaki T, Ishida Y et al. : Zinc

解析し，Zip6 はオーガナイザー細胞の EMT を制御すtransporter complexes contribute to the homeostaticることを示した。この一連の研究により，STAT3 依存

maintenance of secretory pathway function in

的にオーガナイザーの Zip6 が活性化されると細胞内のvertebrate cells.

亜鉛の増加とともに EMT の主な調節因子である Snail2006（亜鉛フィンガー転写因子の一つ）が細胞質から核へ移

J. Biol. Chem. 281, 17743-17750,

５）Kitamura H, Morikawa H, Kamon H et al.: Toll-like− 36 −

織田公光

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receptor-mediated regulation of zinc homeostasis

controls epithelial-mesenchymal transition in

influences dendritic cell function.（2006）Naturezebraﬁsh gastrula organizer. Nature 429, 298-302,

Immunol. 7, 971-977

2004６）Yamashita S, Miyagi C, Fukuda T et al. : LIVI

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