亜鉛探訪No.016
メタロチオネインと亜鉛
『亜鉛探訪016』へようこそ！
| メタロチオネインは、亜鉛が結合するタンパク質の中でも、とくに重要な亜鉛の貯蔵庫となる多機能タンパク質です。今回の記事では、メタロチオネインが私たちの健康とどう関わっているのかを分かりやすくお話しします。メタロチオネインの仕組みを一緒に探ってみましょう！ |
1. メタロチオネイン（MT）とは？
| メタロチオネイン（MT）は、亜鉛や銅といった必須金属の恒常性を保つ役割を持つタンパク質です。MTは亜鉛イオンを結合して貯蔵し、細胞が必要なときにそれを再分配します。また、MTはカドミウムなどの有害金属を解毒し、細胞を酸化ストレスから保護する役割も果たしています。 |
2. 亜鉛とメタロチオネインの関係
| MTは亜鉛のリザーバーとして、細胞内で亜鉛の恒常性を維持しています。MTに結合した亜鉛は、細胞の代謝や修復に必要なタイミングで放出され、またMTに再結合することで、過剰な酸化ストレスを緩和します。特に、亜鉛はMTの発現を調節し、MTが新しく合成されることで、炎症性サイトカインの抑制にも寄与します。 |
3. 酸化還元サイクルと亜鉛の動員
| MTは酸化還元の働きにより、結合している亜鉛を一時的に放出し、細胞内の抗酸化反応に寄与します。MTが亜鉛を放出する際には、酸化ストレスを感知して活性化されるため、細胞の健康維持に重要な役割を担っています。また、亜鉛が再結合することで、MTの抗酸化能力が回復し、次のサイクルでの保護機能も強化されます。 |
4. メタロチオネインの抗酸化機能と疾患への影響
| MTのレベルは加齢や疾病に伴って低下することがわかっています。MTの減少は酸化ストレスや炎症の増加を招き、細胞にダメージを与える可能性があります。このような病態進行を防ぐため、MTと亜鉛の酸化還元サイクルを活性化させることが、健康維持において有望な戦略とされています。 |
5. まとめと日常生活での亜鉛摂取の重要性
| MTと亜鉛は細胞を酸化ストレスから守り、健康維持に不可欠な役割を果たしています。日々の食事で適切に亜鉛を摂取することは、体内のMT機能を支え、酸化ストレスの予防にも役立ちます。牡蠣やナッツ類、赤身肉など亜鉛が豊富な食品を意識的に取り入れて、細胞の健康を守りましょう。 |
参考文献３
タイトル
文献
| Biomol Concepts. 2013 Apr;4(2):143-60. |
要約
MTの基本的な役割
| MTはシステインに富み、金属イオンと強く結合する能力を持ち、金属関連のさまざまなプロセスに関与します。 |
細胞内外での相互作用:
| 腎臓では、MT1/MT2がトランスサイレチンやメガリンなどと相互作用し、金属の恒常性を調整します。 |
| 中枢神経系では、MTが神経細胞に関連するタンパク質と結合し、金属の輸送や交換を通じて神経変性疾患（アルツハイマー病、パーキンソン病など）の原因となるタンパク質凝集に関与します。 |
| 脳のMT3は、Aβペプチドやα-シヌクレインなどと相互作用し、金属負荷を制御しています。 |
酵素や転写因子との相互作用:
| MTは亜鉛依存性酵素や転写因子（p53、核因子κBなど）と結びつき、細胞周期や増殖制御に影響を与え、腫瘍の進行などに関わる可能性があります。 |
MTと生物医学応用の可能性
| MTの相互作用情報は、病気の治療や予防に役立つ可能性があるとされています。 |
原文訳
| メタロチオネイン(MTs)は、普遍的な小タンパク質のファミリーであり、高いシステイン含量と金属イオンの配位に対する最適な能力を共有している。 メタロチオネインは、金属イオンに関連する多くの事象（解毒から恒常性維持、貯蔵、運搬まで）、広範なストレス応答、様々な病的過程（腫瘍形成、神経変性、炎症）に関与している。 |
| ここでは、MTと他のタンパク質との細胞内および細胞外の相互作用に関する情報を包括的にレビューする。 |
| 哺乳類の腎臓では、MT1/MT2はメガリンや関連レセプター、トランスポーターであるトランスサイレチンと相互作用する。 |
| 同定された哺乳類のMTパートナーのほとんどは、中枢神経系（主に脳）タンパク質との相互作用に関するものであり、物理的接触または金属交換反応の両方を通してのものである。 物理的相互作用は主に神経細胞分泌多量体に関与している。 金属交換に関しては、脳のMT3は、Aβペプチド、α-シヌクレイン、プリオンタンパク質（それぞれアルツハイマー病、パーキンソン病、海綿状脳症）のような、凝集が神経変性疾患の原因となるペプチド中の金属イオン負荷を制御しているようである。 フェリチンやウシ血清アルブミンとの相互作用も記録されている。 |
| MTが亜鉛依存性酵素や転写因子と相互作用することで、それらを活性化／不活性化することができ、MTに代謝や遺伝子発現の調節因子としての役割を与える。 これらのタンパク質のいくつかは細胞周期や増殖制御に関与しているため（p53、核因子κB、PKCμ）、発がんや腫瘍進行の文脈で考えられている。 |
| ショウジョウバエのMtnAおよびMtnB主要アイソフォームとペルオキシレドキシンが関与する、哺乳類以外のMT相互作用は1つしか報告されていない。 |
| 最後に、MT-相互作用情報の生物医学的応用への見込みについて論じている。 |
参考文献２
タイトル
| ヒトの眼におけるメタロチオネイン（MT）：亜鉛-MT酸化還元サイクルに関する展望記事 |
文献
| Metallomics. 2014 Feb;6(2):201-8. |
原文訳
| メタロチオネイン（MT）は亜鉛イオン結合タンパク質であり、神経保護、細胞の亜鉛恒常性維持、酸化損傷や炎症に対する防御など、幅広い機能を持つ。 |
| ヒトの眼球にはMTが豊富に存在し、複数のアイソフォームが眼球の様々な組織で異なる抗酸化防御機構に寄与している可能性がある。 |
| 亜鉛はMT遺伝子およびタンパク質発現の主要な調節因子であり、我々は最近、亜鉛-MTの化学量論、外因性亜鉛およびサイトカインによる活性化中のMTにおける亜鉛トレーサー（(nat)Znおよび(68)Zn）の運命、ヒト眼球細胞におけるMTの濃度など、亜鉛とMTとの関係に関する主要な疑問を解決するために生物分析技術を応用した。 |
| その結果、外因的に導入された亜鉛は、MTの強力なde novo合成を誘導し、炎症性サイトカインを強く阻害することがわかった。 |
| 亜鉛とサイトカインはまた、Zn6Cu1-MTからZn7-MTへのMT複合体の化学量論的移行を促進することから、MTが活性酸素種とより効果的に相互作用し、潜在的な酸化的損傷を減少させる可能性が示唆された。 |
| MTのレベルは加齢や疾患によって低下し、その結果、潜在的に細胞毒性を持つ亜鉛が放出される可能性がある。 この状態は、酸化ストレスや炎症の増加によっても観察され、MTの抗酸化機能が損なわれていることを示唆している。 |
| 本総説では、このような病態の進行に対抗することを目的として、MTの抗酸化機能を再生・強化する「亜鉛-メタロチオネイン酸化還元サイクル」の作業モデルを提案する。 |
参考文献１
タイトル
文献
| Exp Biol Med (Maywood). 2006 Oct;231(9):1459-67. |
原文訳
| メタロチオネイン（MT）の生物学的機能は、このタンパク質が発見されて以来、不可解なトピックであった。 多くの研究が、MTが亜鉛や銅などの必須金属の恒常性維持、カドミウムなどの有害金属の解毒、酸化ストレスからの保護に関与していることを示唆している。 しかし、MTの作用に関するメカニズム的な解明は、まだ十分になされていない。 |
| MTには硫黄が多く含まれている。 硫黄と遷移金属の相互親和性により、遷移金属とMTの結合は熱力学的に安定である。 生理的条件下では、亜鉛-MTが金属結合タンパク質の優勢な形態である。 MTからの亜鉛の放出やMTへの結合の酸化還元制御の認識は、MTの生物学的機能に関する別の視点を提供する。 |
| 多くの穏やかな細胞内酸化物質によるチオラートクラスターの酸化は、亜鉛の遊離とMT-ジスルフィド（MTから全ての金属が遊離した場合はチオニン）の形成を引き起こし、これはin vivoで実証されている。 |
| したがって、亜鉛結合の熱力学的安定性により、MTは生体内で理想的な亜鉛リザーバーとなり、亜鉛動員の酸化還元制御により、亜鉛恒常性におけるMTの機能が可能になる。 |
| MTのジスルフィドは、セレン触媒の存在下でグルタチオンによって還元され、タンパク質の亜鉛結合能力を回復させることができる。 |
| このMTの酸化還元サイクルは、MTの生物学的機能において重要な役割を果たしている可能性がある。 必須金属のホメオスタシス、有害金属の解毒、酸化ストレスからの保護に関係しているのかもしれない。 |
