ヒト脳内の青斑核に存在するニューロメラニン様色素の構造解析とその加齢過程の解析

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K09794
• Research Institution: Fujita Health University
• Principal Investigator: 若松 一雅 藤田保健衛生大学, 保健学研究科, 教授 (80131259)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: カテコールアミン / ニューロメラニン / ドーパミン / ノルエピネフリン / 黒質 / 青斑核

Outline of Annual Research Achievements

海外研究共同研究者のイタリア高等医科学研究所の L. Zecca博士より供与されたヒトの黒質(SN)および青斑核（LC）より単離されたニューロメラニン (SN)様色素を用いてその構造研究を行った。5%チオグリコール酸および1%フェノール存在下、6M-塩酸で110℃、6時間、天然のSN-NM とLC-NMの加水分解反応を行った。その結果、SN-NMからは遊離型およびタンパク結合型ドーパミン（DA）、ドーパ（DOPA）およびCys-DAが得られた。一方、LC-NMからはDA、Cys-DAおよびDOPAが得られたが、主生成物として構造未知化合物が得られたため、構造研究（1H-NMR、13C-NMR、高分解能質量分析、元素分析）を行ったところ、β-カルボキシメチルチオ-DAであると同定された。この結果は、ノルエピネフリン（NE）がLC-NM中に取り込まれていることを化学的に初めて証明できた結果である (K. Wakamatsu et al., J. Neurochem., 135, 768-776, 2015)。つぎに、NMの前駆体であるドーペ（DOPE）、ドペッグ（DOPEG）、ドパック（DOPAC）およびドーマ（DOMA）が酸化を受けて生成するo-キノン体の代謝経路を化学的に調べた。その結果、これらのカテコール代謝物はプロトン脱離、脱炭酸を経由して、共通の中間体であるキノンメチド互変異性体に変換された後、この不安定なキノンメチドが、安定なアルコール体またはカルボニル化合物に変換されることがわかった（S. Ito et al., Int. J. Mol. Sci., 17, 164, 2016）。

Current Status of Research Progress

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

Reason

青斑核にノルエピネフリン（NE）由来のニューロメラニン様色素が含まれていることを初めて証明できた。また、DA、NE、DOPE、DOPAC、DOMAなどのカテコールアミン類が酸化により代謝され、どのような化合物になって、最終的にニューロメラニンに取り込まれるかを化学的に証明できた。つぎは、研究計画通り、DAおよびNEのタンパク結合型カテコールアミン類のagingを調べたい。

Strategy for Future Research Activity

共同研究者のイタリア高等医科学研究所のL. Zecca博士のアドバイスをもらって、タンパク結合型カテコールアミン類の加熱による構造変化、およびこれらのメラニン色素の酸素による活性酸素の生成を調べる。その一方で、タンパクに結合したニューロメラニンを恵与してもらい、in vitroで得られた結果とin vivoで得られた結果の比較を行う。本年の9月にイタリア ミラノで行われるヨーロッパ色素細胞学会が終了した後、ミラノのzecca博士の研究室を訪問し、今後の共同研究について議論する。

Causes of Carryover

本年度に国際学会に出張するため、経費の節約を行った。

Expenditure Plan for Carryover Budget

経費の国際学会への使用と、消耗品費の適切な使用を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] イタリア高等医科学研究所/Luigi Zecca(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: イタリア高等医科学研究所/Luigi Zecca
• [Journal Article] The Metabolic Fate of ortho-Quinones Derived from Catecholamine Metabolites. (2016)
  • Author(s): Ito, S., Yamanaka, Y., Ojika, M., Wakamatsu, K.
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 17 Pages: -
  • DOI: 10.3390/ijms17020164
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Roles of reactive oxygen species in UVA-induced oxidation of 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid (DHICA) melanin as studied by differential spectrophotometric method. (2016)
  • Author(s): Ito, S., Kikuta, M., Koike, S., Szewczyk, G., Sarna, M., Zadlo, A., Sarna, T., Wakamatsu, K.
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res. Volume: 29 Pages: 340-351
  • DOI: 10.1111/pcmr.12469
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Norepinephrine and its metabolites are involved in the synthesis of neuromelanin derived from the locus coeruleus. (2015)
  • Author(s): Wakamatsu, K., Tabuchi, K., Ojika, M., Zucca, F. A., Zecca, L., Ito, S.
  • Journal Title: J. Neurochem. Volume: 135 Pages: 768-776
  • DOI: 10.1111/jnc.13237
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An insect with selective control of egg coloration. (2015)
  • Author(s): Abram, P. K., Guerra-Grenier, E., Després-Einspenner, M-L., Ito, S., Wakamatsu, K., Boivin, G., Brodeur, J.
  • Journal Title: Curr. Biol. Volume: 25 Pages: 2007-2011
  • DOI: 10.1016/j.cub.2015.06.010
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular composition and ultrastructure of Jurassic paravian feathers. (2015)
  • Author(s): Lindgren, J., Sjovall, P., Carney, R., Cincotta, A., Uvdal, P., Hutcheson, S., Gustafsson, O., Lefevre, U., Escuillie, F., Heimdal, J., Engdahl, A., Gren, J., Kear, B., Wakamatsu, K., Yans, J., Godefroit, P.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 5 Pages: 13520
  • DOI: 10.1038/srep13520
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemiexcitation of Melanin Derivatives Induces DNA Photoproducts Long after UV exposure. (2015)
  • Author(s): Premi, S., Wallisch, S., Mano, C. M., Weiner, A. B., Bacchiocchi, A., Wakamatsu, K., Bechara, E. J. H., Halaban, R., Douki, T., Brash, D. E.
  • Journal Title: Science Volume: 347 Pages: 842-847
  • DOI: 10.1126/science.1256022
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A convenient screening method to differentiate phenolic skin whitening tyrosinase inhibitors from leukoderma-inducing phenols. (2015)
  • Author(s): Ito, S., Wakamatsu, K.
  • Journal Title: J. Dermatol. Sci. Volume: 80 Pages: 18-24
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2015.07.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tyrosinase-catalyzed metabolism of rhododendrol (RD) in B16 melanoma cell: production of RD-pheomelanin and covalent binding with thiol proteins. (2015)
  • Author(s): Ito, S., Okura, M., Nakanishi, Y., Ojika, M., Wakamatsu, K., Yamashita, T.
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res. Volume: 28 Pages: 295-306
  • DOI: 10.1111/pcmr.12363
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of the MC1R gene on sexual dimorphism in melanin-based colorations. (2015)
  • Author(s): San-Jose, L. M., Ducrest, A-L., Ducret, V., Beziers, P., Simon, C., Wakamatsu, K., Roulin, A.
  • Journal Title: Mol. Ecol. Volume: 24 Pages: 2794-2808
  • DOI: 10.111/mec.13193
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The slaty (slt/Dctslt) allele decreases the content of eumelanin, pheomelanin in the mouse hair. (2015)
  • Author(s): Hirobe, T., Ito, S., Wakamatsu, K.
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res. Volume: 29 Pages: 110-112
  • DOI: 10.1111/pcmr.12427
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The Metabolic Fate of ortho-Quinones Derived from Catecholamine Metabolites. (2016)
  • Author(s): Ito, S., Yamanaka, Y., Ojika, M., Wakamatsu, K.
  • Organizer: 20th European Society of Pigment Cell Research Meeting
  • Place of Presentation: Italy, Milan
  • Year and Date: 2016-09-11 – 2016-09-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] メラニン酸性細胞におけるロドデノールの代謝 (2015)
  • Author(s): 伊藤祥輔、黄倉真恵、山下利春、小鹿一、中西由紀子、W. Gerwat、L. Kolbe、若松一雅
  • Organizer: 26回日本色素細胞学会学術大会
  • Place of Presentation: 札幌医科大学、札幌
  • Year and Date: 2015-11-14 – 2015-11-15
• [Presentation] マウスの毛色突然変異遺伝子、スレーティーはメラノサイトにおける黄色メラニン生成には影響しない (2015)
  • Author(s): 広部知久、伊藤祥輔、若松一雅
  • Organizer: 26回日本色素細胞学会学術大会
  • Place of Presentation: 札幌医科大学、札幌
  • Year and Date: 2015-11-14 – 2015-11-15
• [Book] 色素細胞ー基礎から臨床へー 第2版 (2015)
  • Author(s): 若松一雅、伊藤祥輔
  • Total Pages: 310
  • Publisher: 慶應義塾大学出版会