2019 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular mechanisms of stress hardening in insects
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16H02595
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
早川 洋一 佐賀大学, 農学部, 教授 (50164926)
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2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 昆虫 / ストレス / N-acetyltyrosine / 抗酸化酵素 / N-acetylglucosamine |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度、以下のような具体的研究成果が得られた。
１）アワヨトウ幼虫に対するN-acetyltyrosine(NAT)のストレス耐性増強活性は1~0.01 micromol/larva注射した場合に観察されるが、1 nmol/larva では有意な効果は見られなかった。そこで、抗ストレス性サプリメント成分として認知されているGABA, L-theanine, L-ornithine, N-acetylglucosamine等をNATとの混合液としてアワヨトウ幼虫に注射し4時間後に44度/1時間という致死的熱ストレスを与えてその効果を調べた。その結果、 NATとN-acetylglucosamine混合液のみ、各々の濃度が1~0.1nmol/larvaという低濃度で生存率の上昇が見られた。したがって、N-acetylglucosamineはNATと共に投与することにより、アワヨトウ幼虫に対し相加的効果を示すことを証明できた。
２）キイロショウジョウバエ幼虫を用いたNATの生理機能解析においても、アワヨトウ幼虫同様のストレス耐性増強活性が確認できた。更に、NATを経口摂食させた幼虫において、脂肪体細胞で抗酸化酵素（catalase, SOD1,2）遺伝子の有意な転写レベルの上昇が検出できた。
３）予め1.5 mg/mlのNAT水溶液を24時間飲ませたマウスと水のみを飲ませた（コントロール）マウスに拘束ストレスを与えた。その結果、NATを投与しなかったコントロールマウスでは血清中コルチコステロン濃度は顕著に上昇したのに対し、NAT投与マウスではそうした上昇は検出されなかった。
４）NATの構造類似体として合成したN-acetyloxfenicine (N-acetyl-L-(4-hydroxyphenyl)glycine)が、NATと同様な抗ストレス耐性増強活性を示す事を発見した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
アワヨトウ幼虫で発見したN-acetyltyrosine (NAT)の抗ストレス耐性増強活性は、一昨年度カイコとセイヨウミツバチで確認し、そして、今年度キイロショウジョウバエで確認できた。キイロショウジョウバエ幼虫においてもNATのストレス順応性増強作用が検出できた点は特に意義深い。何故なら、今後、NATの生理作用発現時の分子機構を解析する上で、ショウジョウバエをツールとして用いる事で様々な分子遺伝学的手法が適応できるからである。更に、ショウジョウバエには取り扱いが容易で特性についても良く調べられているSchneider2 cell (S2 cell)がある為、細胞レベルの解析も効率よく進められる事になる。
今年度は、マウスにおいても予めのNAT投与によってストレス依存的な血清中のコルチコステロン濃度上昇の抑制現象を証明することができた。血清中のコルチコステロンは、過酸化脂質と同様に、哺乳類のストレスマーカーとなっている。したがって、こうしたマーカー濃度がストレス下においても血清中での上昇を抑えられるという事は、哺乳類においてもNATが抗ストレス耐性を増強し得るものと解釈できる。
これまでも進めてきた化学合成による抗ストレス活性を示すNAT類似化合物のスクリーニングにおいて、始めてNATと同様な抗ストレス耐性増強活性を示す化合物の同定に成功した。N-acetyloxfenicineはこれまで化学合成の報告すらない全く新しい化合物となる。今後、更に詳しい活性特性の解析を進める価値は十分にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
以下の２種類の研究を並行して進める。
１）分泌・作用機構解析研究：今年度は、NATの生理機能発現時の作用機構の分析に重点を置く。具体的には、NATを投与したショウジョウバエ幼虫の脂肪体における抗酸化酵素遺伝子の発現上昇に着目し、これらの遺伝子の発現調節に関与するものと予想されるFoxOの発現レベルのリアルタイムPCRによる分析、更に、FoxOの細胞質から核内への移行の有無を検証する為に免疫組織染色法を用いて解析を進める。これらの解析はキイロショウジョウバエ幼虫の脂肪体と培養細胞S2を用いて行う。もし、FoxOの関与が確認されたならば、FoxOのRNAiをショウジョウバエ幼虫とS2細胞両方で行い、NAT依存的な抗ストレス耐性への影響を評価する。また、FoxOの下流で発現変動する他の遺伝子についても解析を進める。
昨年度、確認したマウスへのNAT依存的な抗ストレス耐性増強効果に関連して、マウス血清中でのNATの存在と熱ストレス依存的な濃度変動が起きるかどうかについて検証する。過去の論文を検索した限りにおいて、これまで哺乳類における血清中でのNAT濃度の測定は報告例が無い。したがって、マウスでNATが検出できたならば、ヒト血清においても同様にNATの存在の有無について分析を行う。
２）NAT構造解析研究：昨年度、NAT類似の抗ストレス耐性増強活性因子として同定に成功したN-acetyloxfenicineについて更に詳しい機能特性解析を行う。例えば、 NATの場合、アワヨトウ幼虫に注射後１時間以内にその血中濃度は約20%程度に低下する。こうしたN-acetyloxfenicine注射後の血清中濃度変化も基礎データとして確認しておく必要がある。また、N-acetyloxfenicineもNAT同様にマウスに対する抗ストレス作用を示すか否かについて分析を進める。
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[Journal Article] N-acetyl-L-tyrosine is an intrinsic triggering factor of mitohormesis in stressed animals.2020
Author(s)
Matsumura, T., Uryu, O., Matsuhisa, F., Tajiri, K., Matsumoto, H., Hayakawa, Y.
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Journal Title
EMBO Reports
Volume: 21
Pages: e49211
DOI
Peer Reviewed
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