亜鉛探訪No.011

亜鉛（Zn）は、体内でさまざまな生理機能を支える必須ミネラルです。特に成長や免疫に関与することが広く知られており、細胞分裂においても重要な役割を果たします。しかし、亜鉛不足が細胞分裂の過程に具体的にどのような影響を与えるのかについては、まだ解明されていない部分が多くあります。本研究では、亜鉛が細胞分裂に与える具体的な影響を解明することを目的としました。

今回の研究では、亜鉛の摂取量を細かく調整しながら、細胞がどのように分裂・増殖するかを追跡しました。蛍光レポーターやハイスループットマイクロスコープなどの先端技術を使用することで、細胞周期の各段階での亜鉛の影響を高精度に測定しました。この解析方法によって、細胞がどのように亜鉛の供給不足や再供給に反応するのかを明確に確認できました。

結果として、亜鉛欠乏状態では細胞周期の進行が停滞し、特にS期（DNA複製期）での分裂が遅延することがわかりました。この遅延によってDNA合成に欠陥が生じ、細胞は通常の分裂過程を完了できず、DNA損傷が増加しました。興味深いことに、この状態において亜鉛を再供給すると細胞周期が再活性化され、細胞分裂が一斉に再開するという現象も観察されました。

さらに、この研究は、亜鉛欠乏によって細胞が静止状態に移行する新しいメカニズムを示唆しています。従来の静止状態が、DNA損傷応答経路を介して誘導されるのに対し、亜鉛欠乏による静止はこの経路とは無関係であり、異なる制御メカニズムが存在する可能性があります。この発見は、細胞がどのように栄養状態によってその動きを調節しているのかという新たな視点を提供します。

今回の研究を通じて、亜鉛が単に栄養素として必要であるだけでなく、細胞周期の重要な調整因子であることが明らかになりました。特に成長や組織修復の過程では、微量栄養素である亜鉛が細胞分裂を適切にコントロールするために不可欠であることがわかりました。今後の研究は、この亜鉛の役割をより深く理解し、再生医療や病気の治療にどのように活かせるかを探る上で重要です。

単一細胞解析により、哺乳類の細胞周期における亜鉛の複数の必要性が明らかになった

Elife. 2020 Feb 4:9:e51107.

亜鉛は成長と増殖に必須であることは広く知られているが、亜鉛欠乏がどのようにしてこれらのプロセスを停止させるのか、そのメカニズムは謎のままである。

ここでは、微妙な亜鉛の摂動を誘導し、蛍光レポーター、ハイスループットマイクロスコープ、定量分析を用いて、非同期的に分裂を繰り返す細胞を追跡した。

亜鉛欠乏は静止を誘導し、再供給は同期した細胞周期の再突入を刺激する。

亜鉛欠乏の前後で細胞をモニターしたところ、細胞周期内の細胞の位置によって、細胞が休止期に入るか、別の細胞周期に入るがS期に停滞するかが決まることがわかった。

停滞した細胞はS期が延長し、DNA合成に欠陥があり、DNA損傷レベルが上昇していた。

最後に、亜鉛欠乏によって誘導される休止期は、DNA損傷応答経路とは無関係に起こり、分裂促進因子の除去や自然休止期とは異なることが示された。

このことから、静止状態に至る新たな経路が示唆され、必須微量栄養素が細胞周期の制御に一役買っていることが明らかになった。