長期記憶誘導効果をもつメラトニン代謝産物AMKの加齢変化と機能性食品への展開

• Project/Area Number: 22K11823
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59040:Nutrition science and health science-related
• Research Institution: Rikkyo University (2023-2024); Tokyo Medical and Dental University (2022)
• Principal Investigator: 服部 淳彦 立教大学, スポーツウエルネス学部, 特任教授 (70183910)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 数基 東北大学, 加齢医学研究所, 助教 (10908073)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: AMK / メラトニン / 海馬 / 加齢 / 記憶 / LC/MS / RNA-seq / プロテオーム解析 / LC/MS/MS / AFMK / 2OH-メラトニン / 記憶力改善 / マウス / 機能性食品 / ＡＭＫ

Outline of Research at the Start

認知症は、本邦において2025年には65歳以上の5人に1人が罹患すると推察されており、医学的にも社会的にも極めて重要な疾患である。そのため治療や予防効果を持つ機能性食品の開発が待たれている。我々は記憶力が低下した老齢マウスに、松果体ホルモンであるメラトニンの脳内代謝産物であるAMKを投与すると、記憶力が有意に改善されることを見出した（米国特許、国内特許取得）。本研究では、AMKの学習・記憶力改善効果のメカニズムを記憶関連遺伝子の網羅的解析を行うことにより明らかにするとともに、メラトニンやAMKを豊富に含む食材から効率よくAMKを抽出する方法を検討し、機能性食品への展開を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本邦における認知症および軽度認知障害（MCI）の有病率調査（2022年）によると、65歳以上の高齢者（3603万人）のうち、認知症が12.3％（443万人）、MCIが15.5％（559万人）であり、全体の27.8％の高齢者が認知機能に何らかの障害を抱えているのが現状である。特にMCIの患者の中には認知機能が正常に戻る例も報告されており、喫緊の課題としてMCIから認知症への進行を止め、正常に戻すための新たな治療薬や予防薬のシーズとなる研究成果が期待されている。
我々は松果体ホルモンであるメラトニンの脳内代謝産物であるN-acetyl-5-methoxykynuramine (AMK)を、記憶力が低下した老齢マウスに投与すると、記憶力が回復することを見出し( J Pineal Res, 2021)、AMKを新たな治療薬や予防薬のシーズとして示した。また、昨年度は、加齢に伴い記憶力が低下したC3H/Heマウスを用いて、加齢による記憶力低下の原因の一つが海馬におけるAMK量の低下（若齢の1/20以下）にあること、また採取した海馬組織のRNA-seq解析を行い、記憶形成にかかわるどのような遺伝子が加齢にともなって低下する（障害を受ける）のかを明らかにした（J Pineal Res, 2024)。
本年度は、AMKが学習・記憶能力に与えるメカニズムを解明するために、AMK投与後の海馬における各種記憶形成タンパク質の変化を、プロテオーム解析やウエスタンブロッティング法などを用いて明らかにした。またin vivoだけでなく、AMKの作用メカニズム解明のために、in vitroの系を用いた実験も行った。すなわちニューロンの代表としてSH-SY5Y細胞を、アストロサイトの代表としてU-251細胞を用いて、AMK添加後の各種記憶形成タンパク質の変化を調べた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度はメラトニンを産生する系統であるC3H/He マウスを用いて、AMKが学習・記憶形成に与えるメカニズムを解明するために、AMK投与後の海馬における各種記憶形成タンパク質の量的変化に関してプロテオーム解析を行った。また、特に記憶形成に重要とされるCaMKIIやCaMKIV、CREB、BDNF等に関してウエスタンブロッティング法を用いて解析した結果、CaMKIIとCREBのリン酸化が有意に上昇することを見出した。また、記憶の固定に重要だと考えられているPSD-95に関してもAMK投与後に有意に上昇した。さらにin vivoだけでなく、AMKの作用メカニズム解明のためにin vitroの系を用いた実験も行い、ニューロン系の代表的細胞であるSH-SY5Y細胞を用いてAMKの添加実験を行ったところ、in vivoとほぼ同様の結果が得られた。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、メラトニンの脳内代謝産物であるAMKの記憶力増強作用のメカニズムをさらに詳しく調べる。令和6年度に実施した海馬における記憶形成関連タンパク質のプロテオーム解析の結果をもとに、AMKの投与により海馬や前頭前野おける長期記憶関連タンパク質の変動やリン酸化などを主としてウエスタンブロッティング法を用いて評価する。また、AMKの投与により海馬のどの神経伝達物質にどのような変化が生じるかも明らかにする。さらに、in vitroの系を用いて、AMK添加後の各種神経伝達物質の量的変化やグルコースの取り込み量の変化などを検討する。加えて、海馬におけるAMKの合成にはどのような遺伝子が関わっているのか、in vitroの系を用いてこれまで言われている候補遺伝子だけではなく、新たな系に関しても検討する。さらに、これまでメラトニンを多く含む食材は絞り込めているので、どのような栽培条件に置くとその食材（植物）のメラトニンの産生量を上げることができるかを明らかにする。そして、その抽出液に対してどのような処理をするとAMKに効率よく変換できるかを調べる。以上の結果を基に、最終段階である機能性食品への展開を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Bone regeneration–enhancing effects of extremely low-frequency electromag- netic fields: Analysis using fish scales as a bone model (2024)
  • Author(s): SUZUKI Nobuo、KAKIKAWA Makiko、ODA Yuta、KOBAYASHI-SUN Jingjing、YAMADA Sotoshi、KURODA Kouhei、KOBAYASHI Isao、HONDA Masato、MATSUBARA Hajime、TABUCHI Yoshiaki、SHIMIZU Nobuaki、WATANABE Kazuki、HIRAYAMA Jun、HATTORI Atsuhiko
  • Journal Title: Biomedical Research Volume: 45 Issue: 5 Pages: 187-195
  • DOI: 10.2220/biomedres.45.187
  • ISSN: 0388-6107, 1880-313X
  • Year and Date: 2024-10-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Receptor-mediated and receptor-independent actions of melatonin in vertebrates. (2024)
  • Author(s): Hatori, A, and Suzuki, N.
  • Journal Title: Zoological Science Volume: 41 Issue: 1 Pages: 105-116
  • DOI: 10.2108/zs230057
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dietary melatonin and liver cancer incidence in Japan: From the Takayama study. (2024)
  • Author(s): Wada K, Hattori A, Maruyama Y, Mori T, Sugino M, Nakashima Y, Yamakawa M, Yamamoto M, Hori A, Seishima M, Tanabashi S, Matsushita S, Nagata C.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: － Issue: 5 Pages: 1688-1694
  • DOI: 10.1111/cas.16103
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic analysis of impaired healing responses after periodontal therapy in type 2 diabetes: Clinical and in?vivo studies (2024)
  • Author(s): Nakagawa Keita、Watanabe Kazuki、Mizutani Koji、Takeda Kohei、Takemura Shu、Sakaniwa Eri、Mikami Risako、Kido Daisuke、Saito Natsumi、Kominato Hiromi、Hattori Atsuhiko、Iwata Takanori
  • Journal Title: Journal of Periodontal Research Volume: - Issue: 4 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1111/jre.13249
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Aging-induced memory loss due to decreased N1-acetyl-5-methoxykynuramine, a melatonin metabolite, in the hippocampus: a potential prophylactic agent for dementia (2024)
  • Author(s): Watanabe Kazuki、Hattori Atsuhiko
  • Journal Title: Neural Regeneration Research Volume: 20 Issue: 6 Pages: 1705-1706
  • DOI: 10.4103/nrr.nrr-d-24-00379
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Highly purified hypochlorous acid water facilitates glucose metabolism and memory formation in type 2 diabetic mice associated with altered-gut microbiota (2024)
  • Author(s): Watanabe Kazuki、Maruyama Yusuke、Mikami Risako、Komatsu Keiji、Kikuchi Kenji、Hotta Kunimoto、Yoshikawa Toshikazu、Ogasawara Kouetsu、Hattori Atsuhiko、Arakawa Shinichi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 14 Issue: 1 Pages: 16107-16107
  • DOI: 10.1038/s41598-024-67129-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hydroxylated-Benz[a]anthracenes Induce Two Apoptosis-Related Gene Expressions in the Liver of the Nibbler Fish Girella punctata (2024)
  • Author(s): Rafiuddin, M. A., Matsubara, H., Hatano, K., Honda, M., Toyota, K., Kuroda, K., Tsunoda, K., Furusawa, Y., Tabuchi, Y., Hirano, T., Sakatoku, A., Hong, C.-S., Srivastav, A. K., Amornsakun, T., Shimizu, N., Zanaty, M. I., Harumi, T., Yamauchi, K., Muller, T., ... Suzuki, N.
  • Journal Title: Toxics Volume: 12 Issue: 12 Pages: 915-915
  • DOI: 10.3390/toxics12120915
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] N1‐Acetyl‐5‐methoxykynuramine, which decreases in the hippocampus with aging, improves long‐term memory via CaMKII/CREB phosphorylation (2024)
  • Author(s): Watanabe Kazuki、Maruyama Yusuke、Iwashita Hikaru、Kato Haruyasu、Hirayama Jun、Hattori Atsuhiko
  • Journal Title: Journal of Pineal Research Volume: 76 Issue: 1
  • DOI: 10.1111/jpi.12934
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Data on plasma cortisol levels in nibbler fish Girella punctata reared under high-density conditions in either surface seawater or deep ocean water (2023)
  • Author(s): Ikari Takahiro、Hirayama Jun、Rafiuddin Muhammad Ahya、Furusawa Yukihiro、Tabuchi Yoshiaki、Watanabe Kazuki、Hattori Atsuhiko、Kawashima Ryotaro、Nakamura Kitaro、Srivastav Ajai K.、Toyota Kenji、Matsubara Hajime、Suzuki Nobuo
  • Journal Title: Data in Brief Volume: 49 Pages: 109361-109361
  • DOI: 10.1016/j.dib.2023.109361
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Melatonin is more effective on bone metabolism when given at early night than during the day in ovariectomized rats (2023)
  • Author(s): Miki Yukari、Seki Azusa、Mishima Hiroyuki、Maruyama Yusuke、Watanabe Kazuki、Kobayashi-Sun Jingjing、Kobayashi Isao、Kuroda Kohei、Oshima Shion、Okamoto Takeru、Matsubara Hajime、Srivastav Ajai K .、Tabuchi Yoshiaki、Hirayama Jun、Hattori Atsuhiko、Suzuki Nobuo
  • Journal Title: Melatonin Research Volume: 6 Issue: 2 Pages: 161-172
  • DOI: 10.32794/mr112500147
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nocturnal melatonin increases glucose uptake via insulin-independent action in the goldfish brain (2023)
  • Author(s): Watanabe Kazuki、Nakano Masaki、Maruyama Yusuke、Hirayama Jun、Suzuki Nobuo、Hattori Atsuhiko
  • Journal Title: Frontiers in Endocrinology Volume: 14 Pages: 1173113-1173113
  • DOI: 10.3389/fendo.2023.1173113
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Kynurenine promotes Calcitonin secretion and reduces cortisol in the Japanese flounder Paralichthys olivaceus (2023)
  • Author(s): Ikari T、Furusawa Y、Tabuchi Y、Maruyama Y、Hattori A、Kitani Y、Toyota K、Nagami A、Hirayama J、Watanabe K、Shigematsu A、Rafiuddin Muhammad Ahya、Ogiso S、Fukushi K、Kuroda K、Hatano K、Sekiguchi T、Kawashima R、Srivastav AK.、Nishiuchi T、Sakatoku A、Yoshida M、Matsubara H、Suzuki N
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 8700-8700
  • DOI: 10.1038/s41598-023-35222-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deep ocean water alters the cholesterol and mineral metabolism of squid Todarodes pacificus and suppresses its weight loss (2023)
  • Author(s): Hatano Kaito、Yoshida Masa-Aki、Hirayama Jun、Kitani Yoichiro、Hattori Atsuhiko、Ogiso Shouzo、Watabe Yukina、Sekiguchi Toshio、Tabuchi Yoshiaki、Urata Makoto、Matsumoto Kyoko、Sakatoku Akihiro、Srivastav Ajai K.、Toyota Kenji、Matsubara Hajime、Suzuki Nobuo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 7591-7591
  • DOI: 10.1038/s41598-023-34443-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] daptation to the shallow sea floor environment of a species of marine worms, Oligobrachia mashikoi, generally inhabiting deep-sea water. (2023)
  • Author(s): Shouzo Ogiso, Kazuki Watanabe, Yusuke Maruyama, Hiroshi Miyake, Kaito Hatano, Jun Hirayama, Atsuhiko Hattori, Yukina Watabe, Toshio Sekiguchi, Yoichiro Kitani, Yukihiro Furusawa, Yoshiaki Tabuchi, Hajime Matsubara, Mana Nakagiri, Kenji Toyota, Yuichi Sasayama, Nobuo Suzuki.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 6299-6299
  • DOI: 10.1038/s41598-023-33309-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 睡眠とメラトニン (2023)
  • Author(s): 服部淳彦
  • Journal Title: Anti-Aging medicine Volume: 19 Pages: 6-11
• [Journal Article] Physiological consequences of space flight, including abnormal bone metabolism, space radiation injury, and circadian clock dysregulation: Implications of melatonin use and regulation as a countermeasure (2022)
  • Author(s): Hirayama Jun、Hattori Atsuhiko、Takahashi Akihisa、Furusawa Yukihiro、Tabuchi Yoshiaki、Shibata Masahiro、Nagamatsu Aiko、Yano Sachiko、Maruyama Yusuke、Matsubara Hajime、Sekiguchi Toshio、Suzuki Nobuo
  • Journal Title: Journal of Pineal Research Volume: 74 Issue: 1
  • DOI: 10.1111/jpi.12834
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functional analysis of a matrix peptide involved in calcification of the exoskeleton of the kuruma prawn, Marsupenaeus japonicus (2022)
  • Author(s): Sekimoto Aika、Ohira Tsuyoshi、Shigematsu Atsushi、Okumura Takuji、Mekuchi Miyuki、Toyota Kenji、Mishima Hiroyuki、Kawamura Ryoya、Hatano Kaito、Kawago Umi、Kitani Yoichiro、Sekiguchi Toshio、Amornsakun Thumronk、Hirayama Jun、Hattori Atsuhiko、Matsubara Hajime、Suzuki Nobuo
  • Journal Title: Aquaculture Volume: 559 Pages: 738437-738437
  • DOI: 10.1016/j.aquaculture.2022.738437
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Osteoclastic and Osteoblastic Responses to Hypergravity and Microgravity: Analysis Using Goldfish Scales as a Bone Model (2022)
  • Author(s): Yamamoto Tatsuki、Ikegame Mika、Furusawa Yukihiro、Tabuchi Yoshiaki、Hatano Kaito、Watanabe Kazuki、Kawago Umi、Hirayama Jun、Yano Sachiko、Sekiguchi Toshio、Kitamura Kei-ichiro、Endo Masato、Nagami Arata、Matsubara Hajime、Maruyama Yusuke、Hattori Atsuhiko、Suzuki Nobuo
  • Journal Title: Zoological Science Volume: 39 Issue: 4 Pages: 388-396
  • DOI: 10.2108/zs210107
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hydroxylated benzo[c]phenanthrene metabolites cause osteoblast apoptosis and skeletal abnormalities in fish (2022)
  • Author(s): Suzuki Nobuo, Honda Masato, Sekiguchi Toshio, Toriba Akira, Tang Ning, Edward Nagato Go, Zhang Lulu, Hayakawa Kazuichi, et all.
  • Journal Title: Ecotoxicology and Environmental Safety Volume: 234 Pages: 113401-113401
  • DOI: 10.1016/j.ecoenv.2022.113401
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] メラトニンの新たな知見 (2024)
  • Author(s): 服部淳彦
  • Organizer: 第22回日本更年期と加齢のヘルスケア学会学術集会&第11回日本サプリメント学会学術集会 合同学会
  • Invited
• [Presentation] 宇宙飛行士の様々な疾患の治療薬として有効なメラトニンに関する研究 (2024)
  • Author(s): 鈴木, 平山, 髙橋, 黒田, 保田, 田渕, 古澤, 池亀, 渡辺, 丸山, 松原, 中野, 木村, 河島, 三島, 加藤, 関, 服部淳彦
  • Organizer: 第38回宇宙環境利用シンポジウム
• [Presentation] 高血糖を引き起こしたキンギョの骨代謝に及ぼす影響 (2024)
  • Author(s): 黒田康平, 丸山雄介, 渡辺数基, 遠藤雅人, 松原創, 田渕圭章, 平山順, 服部淳彦, 鈴木信雄
  • Organizer: 令和6年度日本水産学会春季大会
• [Presentation] メラトニンによる多環芳香族炭化水素類のレスキュー作用の解析 (2024)
  • Author(s): 服部淳彦, 丸山雄介, 鈴木信雄
  • Organizer: 環日本海域環境研究センター2023年度共同研究成果報告会
• [Presentation] 夜間におけるアオゴカイの行動を制御するインドール化合物に関する研究 (2023)
  • Author(s): 大嶋詩響, 小木曽正造, 豊田賢治, 渡辺数基, 平山順, 丸山雄介, 服部淳彦, 松原創, 鈴木信雄
  • Organizer: 2023年度日本動物学会中部支部大会
• [Presentation] 高血糖により引き起こされる骨疾患を解析するための高血糖モデル魚の開発 (2023)
  • Author(s): 黒田康平, 丸山雄介, 渡辺数基, 豊田賢治, 松原創, 平山順, 服部淳彦, 鈴木信雄
  • Organizer: 第47回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
• [Presentation] 宇宙空間で引き起こされる骨疾患の治療薬の開発：キンギョのウロコ（骨モデル）及び 骨疾患モデルラットを用いた解析 (2023)
  • Author(s): 鈴木信雄, 古澤之裕, 田渕圭章, 豊田賢治, 関あずさ, 高垣裕子, 染井正徳, 江尻貞一, 池亀美華, 黒田康平, 丸山雄介, 渡辺数基, 関口俊男, 松原創, 髙橋昭久, 平山順, 服部淳彦
  • Organizer: 2023年度日本動物学会中部支部大会
• [Presentation] 海洋深層水に含まれる有機成分（キヌレニン）は海産魚のストレスを軽減する (2023)
  • Author(s): 鈴木信雄, 五十里雄大, 黒田康平, 端野開都, 渡辺数基, 平山順, 古澤之裕, 田渕圭章, 丸山雄介, 服部淳彦, 豊田賢治, 松原創
  • Organizer: 第27回海洋深層水利用学会全国大会
• [Presentation] メラトニンによるインスリンを介さない血糖調節機構と抗糖化作用 (2023)
  • Author(s): 服部淳彦
  • Organizer: 第27回糖化ストレス研究会
  • Invited
• [Presentation] 食品からのメラトニン摂取量と死亡リスク (2023)
  • Author(s): 丸山雄介, 永田知里, 服部淳彦
  • Organizer: 第14回抗加齢内分泌研究会
• [Presentation] 記憶増強作用を持つメラトニン代謝産物 AMKの低用量長期投与が記憶形成能と血中生化学パラメーターに与える影響 (2023)
  • Author(s): 渡辺数基, 丸山雄介, 平山順, 服部淳彦
  • Organizer: 第23回日本抗加齢医学会
• [Presentation] メラトニン関連インドール化合物による最終糖化産物（AGEs）の架橋切断及び架橋形成阻害効果 (2023)
  • Author(s): 丸山雄介, 渡辺数基, 加藤晴康, 服部淳彦
  • Organizer: 第23回日本抗加齢医学会
• [Presentation] 赤外イメージングによるキンギョとメダカのウロコの構造解析 (2023)
  • Author(s): 奈良雅之, 丸山雄介, 服部淳彦, 新居田恭弘
  • Organizer: 第83回分析化学討論会
• [Presentation] メラトニンとアンチエイジング (2023)
  • Author(s): 服部淳彦
  • Organizer: 日本抗加齢医学会 講習会
  • Invited
• [Presentation] メラトニン－睡眠と記憶 (2022)
  • Author(s): 服部淳彦
  • Organizer: 第13回抗加齢内分泌研究会
  • Invited
• [Presentation] 長期記憶誘導作用を持つメラトニン代謝産物AMKの加齢変化と記憶関連因子に与える影響 (2022)
  • Author(s): 渡辺数基, 丸山雄介, 服部淳彦
  • Organizer: 第41回日本認知症学会
• [Presentation] 長期記憶誘導作用を持つメラトニン代謝産物 AMKの連続投与による記憶形成能への影響 (2022)
  • Author(s): 丸山雄介, 渡辺数基, 服部淳彦
  • Organizer: 第41回日本認知症学会
• [Presentation] 長期記憶を誘導するメラトニン代謝産物AMKはキンギョの脳における記憶形成関連因子を促進する (2022)
  • Author(s): 榊原和眞, 渡辺数基, 丸山雄介, 服部淳彦
  • Organizer: 第46回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
• [Presentation] キンギョにおける学習・記憶試験 Object Recognition Test(ORT)の確立 (2022)
  • Author(s): 毛利有沙, 田中美咲妃, 渡辺数基, 丸山雄介, 服部淳彦
  • Organizer: 第46回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
• [Presentation] 老齢マウスにおける内因性のメラトニン代謝産物AMK の変化と加齢に伴う記憶関連遺伝子の網羅的解析 (2022)
  • Author(s): 渡辺数基, 丸山雄介, 服部淳彦
  • Organizer: 第22回日本抗加齢医学会総会