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

2016 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 / 黒質 / BSA / β-ラクトグロブリン / DPRA

Outline of Annual Research Achievements

研究実績の概要

中脳黒質中に存在するニューロメラニン（NM）はドーパミン（DA）とシステイン（Cys）から生成する黒褐色の色素で、加齢により増加するがパーキンソン病などの神経変性疾患では減少する。黒質NMは10%程度のタンパク成分を含み、カテコールアミンがタンパクとシステイン残基を経由して共有結合することは既に知られている。しかしながら、DAとタンパクとの結合体がその後どのようになるかは知られていなかった。そこでまず、モデル化合物として、ヘプタペプチドであるDPRA（Ac-R-F-A-A-C-A-A-COOH）、タンパクのモデル化合物として、ウシ血清アルブミン(BSA)、β-ラクトグロブリンを使用した。DAとDPRAをチロシナーゼ酸化し、得られた反応混合物を分取HPLCにより分離精製したところ、主生成物（40%）としてDPRA-5-S-DAが得られた。これを1%フェノール、5%チオグリコール酸存在下、6M-HClで水解すると、5-S-cysteinylDAが88%で得られた。同様に、BSA、β-ラクトグロブリンをチロシナーゼ酸化し、続いてHCl水解すると、11-35%の収率で5-S-cysteinylDAが得られた。チロシナーゼ以外に、酸化剤としてFe(NH4)2(SO4)・6H2O、CuSO4をDA-BSA酸化に使用したところ、Cuイオンの方が二倍ほど反応速度が速かった。DA-BSAとDA-β-ラクトグロブリン結合体の反応スペクトルを経時的に調べたところ、1時間後にゆっくりと580nm付近のピークが上昇した。これは、分子内環化反応などの二次反応が起きていることが推察された。DAとβ-ラクトグロブリンとのチロシナーゼ酸化はBSAよりも早く進行し、30分以降のスペクトルはお互い異なっていることがわかったことから、DA-BSA結合体がDA-β-ラクトグロブリン結合体よりもより安定であると予想された。以上の事より、タンパク結合型DAの酸化的構造は、タンパク質によって異なることがわかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

タンパク結合型カテコールアミンが、agingによりpro-oxidant活性を有するかどうかを調べる目的で、まず、様々なペプチドやタンパク類とドーパミンとの酸化結合を調べた。その結果、タンパクの形状の違いによって、DAタンパク結合複合体の運命が異なることが判明した。

Strategy for Future Research Activity

DAとタンパク結合型メラニンがpro-oxidant活性を持つかどうかをGSHとの反応から調べたい。過酸化水素量の測定はAmpliflu Redを使用し、568 nmの吸光度を用いて測定する。また同時に、酸化体GSSGが還元体GSHよりも多く生成するかどうかを調べる。この実験により、DA-タンパク結合型メラニンが高いpro-oxidant活性を有していることがわかる。

Causes of Carryover

本園度に米国デンバーにて行われる国際色素細胞会議に出席する予定のためと将来投稿する論文の英文校正料と投稿料に使用するため、経費の節約を行った。

Expenditure Plan for Carryover Budget

経費の国際学会および論文投稿料への使用と、消耗品等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] Pheomelanogenesis is Promoted at a Weakly Acidic pH. (2017)
  • Author(s): Wakamatsu, K., Nagao, A., Watanabe, M., Nakao, K., and Ito, S.
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res. Volume: 30 Pages: 372-377
  • DOI: 10.1111/pcmr.12587.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Tyrosinase-Catalyzed Oxidation of the Leukoderma-inducing Agent Raspberry Ketone Produces (E)-4-(3-oxo-1-butenyl)-1,2-benzoquinone. (2017)
  • Author(s): Ito, S., Hinoshita, M., Suzuki, E., Ojika, M., and Wakamatsu, K.
  • Journal Title: Chem. Res. Toxicol. Volume: 30 Pages: 859-868
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.7b00006.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MC1R variants affect the expression of melanocortin and melanogenic genes and the association between melanocortin genes and coloration. (2017)
  • Author(s): San-Jose, LM., Ducrest, A-L., Ducret, V., Simon, C., Richter, H., Wakamatsu, K., and Roulin, A.
  • Journal Title: Mol. Ecol. Volume: 26 Pages: 259-276
  • DOI: 10.1111/mec.13861
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A novel locus on chromosome 1 underlies the evolution of a melanic plumage polymorphism in a wild songbird. (2017)
  • Author(s): Bourgeois, Y.X.C., Delahaie, B., Gautier, M., Lhuillier, E. Male, P-J.G., Bertrand, J.A.M., Cornuault, J., Wakamatsu, K., Bouchez, O., Mould, C., Bruxaux, J., Holota, H., Mila, B., Thebaud, C.
  • Journal Title: Royal Society Open Science Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1098/rsos.160805
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Physiological conditions and genetic controls of phaeomelanin pigmentation in nestling barn swallows. (2017)
  • Author(s): Arai, E., Hasegawa, M., Makino, T., Hagino, A., Sakai, Y., Otsuki, H., Wakamatsu, K., Kawata, M.
  • Journal Title: Behav. Ecol. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1093/beheco/arx012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rhododenol-induced leukoderma in a mouse model mimicking Japanese skin. (2016)
  • Author(s): Abe, Y., Okamura, K., Kawaguchi, M., Hozumi, Y., Aoki, H., Kunisada, T., Ito, S., Wakamatsu, K., Matsunaga, K., Suzuki, T.
  • Journal Title: J. Dermatol. Sci. Volume: 81 Pages: 35-43
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2015.10.011
  • Peer Reviewed
• [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] Circulating melanoma cell is a potential biomarker to detect metastasis and evaluate prognosis. (2016)
  • Author(s): Hida, T., Yoneta, A., Wakamatsu, K., Yanagisawa, K., Ishii-Osai, Y., Kan, Y., Kato, J., Yamashita. T.
  • Journal Title: Australas J. Dermatol. Volume: 57 Pages: 145-149
  • DOI: 10.1111/ajd.12455
  • Peer Reviewed
• [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] Quantifying variation in human scalp hair fiber shape and pigmentation. (2016)
  • Author(s): Lasisi, T., Ito, S., Wakamatsu, K., Shaw C.N.
  • Journal Title: Am. J. Phys. Anthropol. Volume: 160 Pages: 341-352
  • DOI: 10.1002/ajpa.22971
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of shell colour pigments in marine snails clanculus pharaonius and C. margaritarius (Trochoidea; Gastropoda). (2016)
  • Author(s): Williams, S.T., Ito, S., Wakamatsu, K., Goral, T., Edwards, N., Wogelius, R., Henkel, T., Oliveira, L.d., Maiai, L., Strekopytov, S., Jeffries, T. Speiser, D., Marsden, J.
  • Journal Title: Plos One Volume: 11 Pages: -
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0156664
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inhibitory effects of emodin on intestinal tumor development in Min mice. (2016)
  • Author(s): Shimpo, K., Chihara, T., Beppu, H., Kaneko, T., Shinzato, M., Wakamatsu, K., Higashiguchi, T., Sonoda, S.
  • Journal Title: Clinical Pharmacology and Therapy. Volume: 26 Pages: 45-54
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Scalp nevus depigmentosus with dermoscopy-detectable diverse hair color. (2016)
  • Author(s): Oiso, N., Wakamatsu, K., Kawada, A.
  • Journal Title: Eur. J. Dermatol. Volume: 26 Pages: 622-623
  • DOI: 10.1684/ejd.2016.2859
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Color measurement of the animal integument predicts the content of specific melanin forms. (2016)
  • Author(s): Galvan, I., Wakamatsu, K.
  • Journal Title: RSC Advances. Volume: 6 Pages: 79135-79142
  • DOI: 10.1039/c6ra17463a
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High brood patch temperature of less colourful, less pheomelanic female barn swallows hirundo rustica. (2016)
  • Author(s): Hasegawa, M., Arai, E., Ito, S., Wakamatsu, K.
  • Journal Title: Ibis Volume: 158 Pages: 808-820
  • DOI: 10.111/ibi.12405
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aerobic photoreactivity of synthetic eumelanins and pheomelanins: generation of singlet oxygen and superoxide anion. (2016)
  • Author(s): Szewczyk, G., Zadlo, A., Sarna, M., Ito, S., Wakamatsu, K., Sarna, T.
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res. Volume: 29 Pages: 669-678
  • DOI: 10.1111/pcmr.12514
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Elemental characterization of melanin in feathers via synchrotron X-ray imaging and absorption spectroscopy. (2016)
  • Author(s): Edwards, N.P., van Veelen, A., Anne, J., Manning, P.L., Bergmann, U., Sellers, W.I., Egerton, V.M., Sokaras, D., Alonso-Mori, R., Wakamatsu, K., Ito, S., Wogelius, R.A.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Pages: -
  • DOI: 10.1038/srep34002
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ロドデノールユーメラニンは強い酸化促進作用をもつ (2016)
  • Author(s): 伊藤祥輔、黄倉真恵、若松一雅、山下利春
  • Organizer: 第27回日本色素細胞学会学術大会
  • Place of Presentation: 岐阜大学サテライトキャンパス、岐阜市
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-13
• [Presentation] N-acetylcysteine (NAC)は紫外線によるロドデノールの色素細胞障害性増強効果を軽減する (2016)
  • Author(s): 後藤典子、辻本昌理子、永井宏、正木太朗、伊藤祥輔、若松一雅、錦織千佳子
  • Organizer: 第27回日本色素細胞学会学術大会
  • Place of Presentation: 岐阜大学サテライトキャンパス、岐阜市
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-13
• [Presentation] カテコールアミン代謝物のオルトキノン体の反応性の比較 (2016)
  • Author(s): 若松一雅、山中佑太、田中ひとみ、小鹿一、伊藤祥輔
  • Organizer: 第27回日本色素細胞学会学術大会
  • Place of Presentation: 岐阜大学サテライトキャンパス、岐阜市
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-13
• [Presentation] The Metabolic Fate of ortho-Quinones Derived from Catecholamine Metabolites. (2016)
  • Author(s): Wakamatsu, K., Yamanaka, Y., Tanaka, H., Ojika, M., Ito, S.
  • Organizer: 20th European Society of Pigment Cell Research Meeting
  • Place of Presentation: Milan, Italy
  • Year and Date: 2016-09-11 – 2016-09-18
  • Int'l Joint Research / Invited