【研究報告】（自然科学部門）

細胞内栄養素としての亜鉛―細胞死における亜鉛シグナルの機序解明―

理化学研究所

免疫アレルギー科学総合研究センター（現緒深田

サイトカイン制御研究グループ

俊上級研究員

昭和大学歯学部口腔病態診断学講座口腔病理学部門結言1.

亜鉛は生命維持に必須な栄養素であり、食物や飲料

幸助教）

果
遺伝子欠損マウスの表現型解析
ZIP10 の コ ン デ ィ シ ョ ナ ル 遺 伝 子 欠 損 マ ウ ス

を介して常に補給する必要がある。成人は約 2 g の亜鉛flox（を有し、その維持のために 1 日に 10 〜 15 mg の亜鉛の1）マウス）をトランスジェニクマウス

摂取を必要とする 。亜鉛摂取量の低下は、免疫不全、と交配して、B 細胞系列で ZIP10 を遺伝子欠損させたマ

成長遅延、骨密度低下、皮膚炎、味覚異常、生殖障害等

ウス（の異常を伴う亜鉛欠乏症の原因となる。生体の亜鉛量は胞の表現型について FACS を用いて詳細に解析した。そ概日リズムに応じて変動し、加齢とともに減少する傾向の結果、当該マウスの外見に異常は見られないが、脾臓があり、体内時計や加齢に関連する疾患に影響を与えて組織の顕著な萎縮（図 1A）、抹消血中の B 細胞の減少いると考えられている。また、偏ったダイエットによっ（図 1B）および全ての抗体クラスの著明な減少（図 1C）ても亜鉛恒常性が変動することが判明し、亜鉛への一般を認めた。

Mb1マウス）を作製した。このマウスの B 細的な関心が高まっている。さらに、ヒトゲノムに存在す2.

る約 10％もの遺伝子群が Zinc ﬁnger などの亜鉛結合配列をコードすることが判明し、生命活動における亜鉛のZIP10 の B 細胞初期分化への影響
ZIP10 は B 細胞への分化誘導に細胞自律的に関与する

1）

重要性がコンピューター解析からも示されている 。のか確認するために、B 細胞の初代培養系を用いて検証した。まず、亜鉛の細胞内外の恒常性は、亜鉛トランスポーター2）

Mb1

マウス由来の造血幹細胞を用いてMb1が制御している 。申請者は亜鉛トランスポーターの研B 細胞の分化誘導実験を行った。その結果、究過程で、亜鉛イオンがシグナル因子として機能するこウス由来の造血幹細胞を用いた場合は B 細胞への分化誘と、この亜鉛シグナルの異常が疾患の原因になることを導が認められず、ZIP10 は B 細胞への分化誘導に細胞自見出した

3, 4）

マ律的に関与することが示唆された。

。これら一連の研究結果は、亜鉛シグナルによる情報伝達が亜鉛の必須栄養素としてのメカニズム3.の一端を示すものである。

ZIP10 は B 細胞初期発生段階において細胞死の抑制に必須である

一方で、亜鉛欠乏は免疫系に重篤な支障をもたらし、免疫不全や自己免疫疾患への関与が示されている。特にZIP10 の機能を詳細に調べるために、タモキシフェン

亜鉛の代謝異常はリンパ球の減少をもたらすことが知ら

処 理 に よ っ て 誘 導 的 に ZIP10 を 除 去 で き る マ ウ ス

れているが、その分子メカニズムは明らかにされていな（い。本研究では、免疫組織に発現する亜鉛トランスポー

pro-B 細胞を単離して B 細胞の初代培養系を用いて検証

ター ZIP10 に焦点を当てて、その亜鉛シグナルの役割解した。その結果、タモキシフェン処理によって誘導的に明を目標とした。亜鉛トランスポーター ZIP10 は B 細胞

ZIP10 を除去すると、細胞内亜鉛量の減少と Caspase-3などの免疫系細胞に多く発現するが、生理的役割は明らの活性化を伴うアポトーシスが惹起された。同様の結果かではない。ZIP10 の役割を明らかにするために、遺伝は、サイトカイン依存性骨髄由来細胞株 BAF-B03 から子欠損マウスを作製して解析した。

ZIP10 を siRNA でノックダウンした場合や、細胞内亜鉛Rosa26マウス）を作製し、このマウスの骨髄からを TPEN によって人工的に除去した場合でも認められ
1

深図1

Mb1

田俊

幸

マウスにおける脾臓萎縮（A, ★： ＜0.05）、抹消血中の B 細胞の減少（B）と血清中免疫グロブリン値の低下た。これらの結果から、ZIP10 を介する亜鉛シグナルが与すること、その発現の制御破綻が病態形成に関与するcaspase-3 の活性化を介するアポトーシスの惹起に対しことが示唆された。て抑制的に機能していることが示唆された。
考4.

ZIP10 の発現は JAK–STAT シグナル経路によって察
本研究によって、ZIP10 が B 細胞の初期発生段階における細胞死抑制に必須であることが判明した 5）。「どの誘導されるサイトカインは、B 細胞の初期発生時における細胞増ようにして ZIP10 が亜鉛イオンを介して Caspase の活性殖と分化に重要に関わっている。サイトカインによる化を抑制しているのか」については詳細な機序はまだ明JAK–STAT シグナル経路の活性化と ZIP10 の発現制御、らかではなく、ZIP10 を含めた亜鉛トランスポーターやお よ び 亜 鉛 シ グ ナ ル と の 関 係 を 調 べ る た め に、亜鉛シグナルの作用機序の解明は今後の重要な課題であBAF-B03 細胞を用いて ZIP10 遺伝子の発現と細胞内亜る。

鉛 量 を 精 査 し た。 そ の 結 果、 活 性 化 し た STAT3 や

近年になって、亜鉛の健康上の必要性に対する認識

STAT5 は ZIP10 遺伝子のプロモーター領域に結合し、度が世界規模で高まりつつある。例えば 2008 年に国際

さらに STAT3 や STAT5 の活性化に依存して ZIP10 の亜鉛生物学会が発足し、様々な観点から議論して最新情mRNA とタンパク質の発現量と細胞内亜鉛量の上昇が報を共有している。世界規模で亜鉛への関心が高まりつ認められた。また、ヒトリンパ腫において ZIP10 と活性つあるが、なぜ亜鉛が必須栄養素なのか、その分子機序化 STAT の共局在が確認された。すなわち、B 細胞におは明示されていない。免疫細胞の細胞死における亜鉛シける ZIP10 の発現制御に JAK–STAT シグナル経路が関グナルの機序解明を研究テーマに設定した本研究は、個2細胞内栄養素としての亜鉛―細胞死における亜鉛シグナルの機序解明―

体レベルと細胞レベルの両側面から追究することによっ

STAT シグナル経路の制御を受けること、さらにヒトリて「なぜ正常な免疫機能に亜鉛が必要なのか」という根ンパ腫に過剰発現することを見出した。これらの結果

本的な疑問に一つの答えを示したと思われる。「亜鉛シは、ZIP10 の亜鉛シグナルが免疫発生に重要であり、そグナル」は未開の領域であり、今後の研究展開によっての制御異常が疾患の原因となること、さらに治療標的に日本が目指す健康長寿国の達成に貢献し、その成果を世なる可能性を示唆している。

界へ発信したい。
謝要

約

辞
本研究によって、亜鉛の恒常性異常がもたらす細胞必須微量元素である亜鉛恒常性の破綻は、免疫不全、死と免疫機能に関する貴重なデータと重要な研究指針を成長遅延や骨密度低下等の様々な異常をもたらす。亜鉛得ることができました。研究助成を頂きました公益財団

欠乏は免疫系に重篤な支障をもたらし、免疫不全や自己法人三島海雲記念財団に深く感謝申し上げます。

免疫疾患への関与が示されている。特に亜鉛の代謝異常
文はリンパ球の減少をもたらすことが知られているが、その分子メカニズムは明らかにされていない。本研究では

献

1） T. Fukada, et al.:
2011.
2） T. Fukada, T. Kambe:
3） T. Fukada, et al.:4） S. Hojyo, et al.:
5） T. Miyai, et al.:11785, 2014.

免疫細胞に発現する亜鉛トランスポーター ZIP10 に焦点を当てて、リンパ球の細胞死における亜鉛シグナルの役割を解析した。その結果、ZIP10 は B 細胞初期発生における細胞死抑制に必須であること、その発現が JAK–316, 1123–1134.
3, 662–674, 2011.
, 3, e3642, 2008.
, 6, e18059, 2011.
, 111: 11780–