老化変動因子D-アミノ酸による寿命制御機構の解明

• Project/Area Number: 21K06534
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 47030:Pharmaceutical hygiene and biochemistry-related
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 齋藤 康昭 北里大学, 薬学部, 助教 (00631730)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 老化 / D-アミノ酸 / 線虫 / D-アラニン / D-アミノ酸オキシダーゼ / ラセマーゼ / 遺伝子挿入 / 組換えタンパク質 / 寿命

Outline of Research at the Start

ヒトを含めた哺乳類体内には、遊離型のD-アミノ酸が多く存在し、重要な生理学的役割を持つことが明らかになりつつある。D-アミノ酸代謝の中心的な役割を担う酵素はD-アミノ酸オキシダーゼ（DAO）である。これまでに研究代表者らは、線虫C. elegansを材料にしてD-アラニンとDAOが寿命に深く関与することを見出した。そこで、D-アラニンとDAOがどのように寿命制御に関与するのかを、寿命研究の成果が豊富な線虫を用いて明らかにする。寿命決定機構の解明は、老化によって生じる疾患の予防や治療、ひいては健康長寿社会の実現につながる。

Outline of Annual Research Achievements

2021年度は、AlaラセマーゼN末端ドメインを持つ機能未知タンパク質およびシスタチオニンリアーゼの組換えタンパク質が微弱ながらAlaラセマーゼ活性を持つことを明らかにした。2022年度は、Alaラセマーゼ活性を持つタンパク質をさらに見つけるために、Serラセマーゼホモログの組換えタンパク質の機能解析を行った。しかしながら、本酵素はAlaラセマーゼ活性を有していないことが明らかになった。
2022年度は、これらのタンパク質をそれぞれ欠損させた線虫変異体体内のD-Ala含量をHPLCにより定量し、老化に伴ったD-Ala含量の増加が抑制されるか解析した。その結果、いずれの変異体においても野生株と同程度の老化に伴うD-Ala含量の増加が認められた。これらのタンパク質は老化に伴うD-Ala含量の増加に貢献していないことが示唆された。
D-Alaなどの中性D-アミノ酸を分解するD-アミノ酸オキシダーゼの発現量は老化に伴って低下することが報告されているから、老化に伴うD-アミノ酸オキシダーゼの発現量の低下によってD-Alaが増加している可能性が考えられる。しかしながら、D-アミノ酸オキシダーゼ欠損線虫変異体体内のD-Ala含量は若齢成虫および老齢成虫において野生株と同程度であり線虫D-アミノ酸オキシダーゼはD-Alaを生理的基質としないことから、その可能性は低いと考えられる。
今後は、線虫腸管内に存在する餌の大腸菌が線虫の老化に伴って蓄積することによりD-Ala含量が増加する可能性を検討する予定である。

Research Products

• [Journal Article] 寿命制御因子としてのD-アミノ酸 (2021)
  • Author(s): 齋藤康昭、片根真澄、本間浩
  • Journal Title: アグリバイオ Volume: 5 Pages: 94-97
  • NAID: 40022631939
• [Presentation] 線虫C. elegansの老化過程におけるキラルアミノ酸のHPLC分析 (2022)
  • Author(s): 菅 創佑、齋藤康昭、宮本哲也、関根正恵、片根真澄、本間 浩、加藤くみ子
  • Organizer: 第33回クロマトグラフィー科学会議
• [Presentation] 細胞内外で異なる機能を持つ線虫D-アミノ酸代謝酵素 (2022)
  • Author(s): 齋藤康昭、片根真澄、宮本哲也、関根正恵、本間浩、加藤くみ子
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 多細胞動物の高次な行動を調節するD型アミノ酸 (2022)
  • Author(s): 齋藤康昭
  • Organizer: 名古屋大学卓越大学院プログラムGTR/アドバンス生命理学特論
  • Invited
• [Presentation] 線虫の排泄行動におけるD-アスパラギン酸オキシダーゼの役割 (2021)
  • Author(s): 齋藤康昭、片根真澄、宮本哲也、 関根正恵、加藤くみ子、本間 浩
  • Organizer: 第16回 D-アミノ酸学会学術講演会
• [Remarks] 北里大学薬学部分析化学教室
  • URL: https://www.kitasato-u.ac.jp/pharm/research/laboratory/laboratory-detail/?lab_pk=1671597183#content