広報活動

Print

2014年7月29日

理化学研究所

亜鉛はB細胞の生存・維持に重要

-亜鉛代謝異常に起因する免疫疾患のメカニズムの一端を解明-

ポイント

  • 亜鉛トランスポーター「ZIP10」はB細胞の初期発生時に重要
  • ZIP10の制御機構と亜鉛輸送メカニズムの全容解明に一歩
  • 細胞内情報伝達に重要な亜鉛シグナルの実体解明が前進

要旨

理化学研究所(理研、野依良治理事長)は、細胞内の亜鉛濃度を精密に制御する亜鉛トランスポーター[1]の1つ「ZIP10」が、免疫応答に関わるB細胞[2]の初期発生時に、アポトーシス[3]の制御に重要な働きをしていることを発見しました。これは、理研統合生命医科学研究センター(小安重夫センター長代行)の深田俊幸客員研究員(昭和大学歯学部口腔病態診断科学講座口腔病理学部門助教)、免疫細胞システム研究グループの宮井智浩大学院生リサーチ・アソシエイト(大阪大学大学院生命機能研究科連携大学院生)、北條慎太郎客員研究員(ドイツリウマチ疾患研究センター博士研究員)と、昭和大学歯学部口腔病態診断科学講座口腔病理学部門の美島健二教授らの共同研究グループによる成果です。

亜鉛は生命活動に必要な微量元素の1つで、生体内の量が一定値を下回ると、糖尿病や味覚異常、皮膚疾患、成長遅延など、さまざまな病気をもたらします。また、大幅に不足すると非常に重い免疫不全の原因となります。しかし、その分子メカニズムはほとんど分かっていません。そこで、共同研究グループは、免疫応答に関わるB細胞と体内の亜鉛濃度調整を担う亜鉛トランスポーターの関係解明に取り組みました。

共同研究グループは、役割が不明であった亜鉛トランスポーターZIP10に注目し、ZIP10の遺伝子欠損マウスとヒト臨床サンプルを用いて解析しました。その結果、ZIP10はB細胞の初期発生時に必要であること、ZIP10を介する亜鉛シグナル[4]がアポトーシスを抑制すること、さらにZIP10がヒト濾胞性リンパ腫[5]に過剰発現することを発見しました。今回の成果は、亜鉛と免疫機能の関係を明らかにする1つの手だてとなります。また、まだ明らかになっていない哺乳類の亜鉛トランスポーターの制御機構、亜鉛輸送メカニズムの解明、亜鉛の恒常性異常が原因となる疾患の治療法の開発、さらには亜鉛シグナルの実体の解明を前進させる成果です。

本研究は、日本学術振興会科学研究費若手B・基盤研究Cおよび三島海雲記念財団学術研究奨励金の援助を受けて実施しました。成果は米国科学アカデミー紀要『Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America』オンライン版に7月28日の週に掲載されます。

背景

亜鉛は生命活動に必要な微量元素の1つで、その代謝異常は糖尿病や味覚異常、皮膚疾患、生殖機能低下、免疫不全などの原因となることが知られています。細胞内の亜鉛濃度は、その輸送体である亜鉛トランスポーターによって制御されており、細胞内に存在する亜鉛はシグナル因子(亜鉛シグナル)として細胞内情報の伝達制御に重要な役割を果たしていると考えられています。

例えば、亜鉛トランスポーター「ZIP13」の遺伝子欠損マウスには、骨や歯、皮膚などの硬組織や結合組織に異常が現れ、ZIP13は骨などの形成に関わる増殖因子BMP [6]や組織発生や細胞分化で重要な役割を持つ増殖因子TGF-β[7]の情報伝達制御に関わることが分かっています。また、「ZIP14」の遺伝子欠損マウスは軟骨内骨化や成長ホルモンの産生、糖新生に異常をきたすことから、ZIP14はホルモンなどの情報を細胞内に伝えるGタンパク質共役受容体[8]の制御に関わることが明らかとなっています。このように、それぞれの亜鉛トランスポーターが制御する亜鉛シグナルには、生物学的な特異性があることが分かってきており、これを「亜鉛シグナル機軸[9]」と呼びます。しかし、免疫応答に深く関わるB細胞に関しては、どの亜鉛トランスポーターがどのように関わっているのか、その実体は未解明でした。

共同研究グループは、B細胞に発現するが、その生理的意義が不明であった亜鉛トランスポーター「ZIP10」に着目し、その役割解明に挑みました。

研究手法と成果

共同研究グループは、ZIP10の遺伝子をB細胞特異的に欠損させたマウスを作製して表現型を解析しました。その結果、免疫応答に重要な組織である脾臓が顕著に萎縮していること、B細胞数が減少していることを見いだしました(図1)。また、このマウスの造血幹細胞を用いてB細胞への分化誘導実験を行ったところ、B前駆細胞(B細胞になる前段階の細胞)を誘導することができませんでした。このことから、ZIP10がB細胞発生の初期段階に必須であることが分かりました。

次に、ZIP10の欠損によるB細胞数減少の分子メカニズムを検証しました。マウス骨髄由来細胞株を用いて、ZIP10を減少させるノックダウン実験を行いました。すると、ZIP10の減少に依存して、アポトーシスを誘導するカスパーゼ[10]分子群の活性化が進み、アポトーシスが顕著に増加していることを確認しました。B前駆細胞の増殖や生存には、サイトカイン[11]によるJAK/STAT経路[12]の活性化が重要な役割を果たします。そこで、野生型マウス骨髄由来のプロB細胞[2](B前駆細胞の1つ)とマウス骨髄由来細胞株を用いて、サイトカイン刺激によってZIP10の発現がどのように変動するかを解析しました。その結果、サイトカイン刺激で活性化されたSTAT3やSTAT5によってZIP10の発現が高まり、細胞内への亜鉛イオン流入量も顕著に増加していることを確認しました。

以上の結果から、B細胞発生段階には「サイトカイン→JAK/STAT→ZIP10→亜鉛シグナル→カスパーゼ」という情報伝達の変換機構が存在し(図2)、この過程を経た亜鉛シグナルは、カスパーゼの活性を調節することによって、B前駆細胞のアポトーシスの制御に重要な働きをしていることが明らかになりました。

共同研究グループは、マウスだけでなくヒト臨床サンプル(ヒト濾胞性リンパ腫患者から摘出された唾液腺の組織切片)を用いて、ZIP10とSTATとの関係を調べました。その結果、STAT3やSTAT5が恒常的に活性化しているヒト濾胞性リンパ腫検体にZIP10の過剰な発現が見られ、ヒトのがん病態におけるZIP10の関与が示唆されました。

今後の期待

今回発見したZIP10の役割と、開発した手法や遺伝子改変マウスは、亜鉛トランスポーターによる細胞機能の制御機構や、亜鉛代謝異常に起因する疾患の解明と治療法の開発に役立つと思われます。さらに、細胞内での亜鉛シグナルの実体解明に貢献すると期待できます。

原論文情報

  • Tomohiro Miyai, Shintaro Hojyo, Tomokatsu Ikawa, Masami Kawamura, Tarou Irié, Hideki Ogura, Atsushi Hijikata, Bum-Ho Bin, Takuwa Yasuda, Hiroshi Kitamura, Manabu Nakayama, Osamu Ohara, Hisahiro Yoshida, Haruhiko Koseki, Kenji Mishima, and Toshiyuki Fukada.
    "Zinc transporter SLC39A10/ZIP10 facilitates antiapoptotic signaling during early B-cell development"
    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2014,
    doi: 10.1073/pnas.1323549111.

発表者

理化学研究所
統合生命医科学研究センター
客員研究員 深田 俊幸 (ふかだ としゆき)
(昭和大学歯学部 口腔病態診断科学講座 口腔病理学部門 助教)

お問い合わせ先

統合生命医科学研究推進室
Tel: 045-503-9117 / Fax: 045-503-9113

報道担当

理化学研究所 広報室 報道担当
Tel: 048-467-9272 / Fax: 048-462-4715
お問い合わせフォーム

産業利用に関するお問い合わせ

理化学研究所 社会知創成事業 連携推進部
お問い合わせフォーム

このページのトップへ

補足説明

  1. 亜鉛トランスポーター
    生体内の亜鉛の恒常性維持を担う亜鉛の輸送体。その機能と構造的特徴からZIPとZnTトランスポーターに分類される。
    参考文献:Fukada and Kambe, Metallomics 2011 (Tutorial Review)
  2. B細胞、プロB細胞
    抗体を産生する細胞として免疫応答には欠かせない細胞。骨髄に存在する造血幹細胞から発生する。骨髄内でプロB細胞→プレB細胞→未熟B細胞という分化過程を経て脾臓などに移動し、最終的に抗体を産生する形質細胞になる。
  3. アポトーシス
    生体の恒常性を保つために積極的に引き起こされるプログラムされた細胞死のこと。B細胞においては、B細胞受容体の再構成に失敗して抗体を産生できなかったり、自己抗原に 反応性を持つような不必要な細胞がアポトーシスによって排除されたりする。
  4. 亜鉛シグナル
    亜鉛トランスポーターなどによって制御されて、シグナル因子として作用する亜鉛のこと。
    参考文献:Fukada et al, J.Biol.Ionrg.Chem. 2011 (Review)
  5. ヒト濾胞性リンパ腫
    形態的に大小さまざまな結節をリンパ節に形成しながら増殖する低悪性度のB細胞性リンパ腫。現在は主に抗がん剤や抗体製剤によって治療が行われている。
  6. BMP (Bone Morphogenetic Protein)
    TGF-βファミリーに含まれ、骨や血管をはじめとするさまざまな組織の形成に関わる増殖因子。
  7. TGF-β(Transforming Growth Factor-β)
    二量体を構成して、組織発生・細胞分化・胚発生など、多方面の生理現象において重要な役割を持つ増殖因子。
  8. Gタンパク質共役受容体
    GTP結合タンパク質の活性化を介して細胞内シグナル伝達に関与する、細胞膜に存在する受容体タンパク質の一種。
  9. 亜鉛シグナル機軸
    亜鉛トランスポーターによって生み出される亜鉛シグナルは、標的分子に選択的に作用することによってシグナル伝達経路を制御する。この亜鉛シグナル機軸の破綻は、その機軸に対する補填機構がない限り疾患発症の原因となる。
    参考文献:Fukada et al, J.Bone.Miner.Metab. 2013 (Review)
  10. カスパーゼ
    アポトーシスを誘導するシグナル伝達経路を構成する一連の分子群。これまで哺乳類では14種類のカスパーゼが見つかっている。アポトーシスを誘導するストレスの種類により、シグナル伝達に関与するカスパーゼの種類が異なる。
  11. サイトカイン
    細胞が分泌する生理活性タンパク質で、細胞表面の特異的な受容体に結合する。きわめて低濃度で、局所的に細胞の増殖・分化・細胞死・細胞運動など、様々な細胞応答を誘導することができる。
  12. JAK/STAT経路
    サイトカインがその受容体に結合することによって引き起こされる細胞内シグナル伝達経路の1つで、サイトカインが誘導する細胞機能の発揮に極めて重要である。STATはシグナル伝達に関わる転写因子で、サイトカイン刺激で活性化されたJAKによってリン酸化されることで核へ移行し、標的遺伝子の転写を亢進する。

このページのトップへ

B細胞特異的ZIP10欠損マウスの解析の図

図1 B細胞特異的ZIP10欠損マウスの解析

  • B細胞特異的ZIP10欠損マウスの脾臓は、野生型(対照)に比べて顕著に萎縮する。
  • フローサイトメトリーを用いてB前駆細胞の集団を解析した。B細胞特異的ZIP10
    欠損マウスでは、野生型に比べてB細胞の発生初期段階であるプロB細胞やプレB細胞の顕著な減少が見られる。
B細胞発生段階の情報伝達の変換機構の図

図2 今回明らかになったB細胞発生段階の情報伝達の変換機構

亜鉛トランスポーターZIP10の発現は、サイトカイン受容体からのJAK/STATシグナルによって制御され、細胞外からの亜鉛の流入を介してカスパーゼ分子群の活性を制御する。この「サイトカイン→JAK/STAT→ZIP10→亜鉛シグナル→カスパーゼ」の情報伝達は、B前駆細胞のアポトーシスの制御に重要と考えられる。

このページのトップへ