2016 Fiscal Year Research-status Report
メラトニンによる加齢性記憶障害改善の分子機構の解明
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16K07434
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
松本 幸久 東京医科歯科大学, 教養部, 助教 (60451613)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | メラトニン / 加齢性記憶障害 / 長期記憶 / フタホシコオロギ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
加齢性記憶障害（Age-related Memory Impairment: AMI）は様々な動物で見られる現象で、これまでにいくつかの物質がAMIを改善するという報告がある。代表者は、昆虫の中でも高い学習能力と短い寿命を持つフタホシコオロギ（以下コオロギ）において、平均寿命を超えた加齢コオロギでは長期記憶の形成だけにAMIが観察され、抗酸化物質であるメラトニンがそのAMIを改善することを発見している。ただしその作用機序は全く分かっていない。本研究の目的は、行動薬理、LCMSによる質量分析を用いて、コオロギの長期記憶形成過程におけるメラトニンの作用機序およびメラトニンによるAMI改善の神経分子機構を明らかにすることである。
先行研究からメラトニンが長期記憶の形成機構に直接働いていることが示唆されている。本研究では若齢コオロギを用いて、メラトニンと長期記憶形成で重要な働きをすることが分かっているNO-cGMPシグナル伝達経路との関係を調べ、さらに長期記憶形成過程におけるメラトニンの下流の分子の探索を行った。まず、代表者はメラトニンとNO-cGMP系阻害剤との共投与実験を行い、メラトニンがNO-cGMP系の下流で作用していることが分かった。次にメラトニンの脳内代謝産物であるAFMK, AMKに注目して行動薬理実験を行ったところ、いずれも長期記憶の誘導効果が見られた。一方、肝臓における代謝産物の6-ハイドロキシメラトニンには長期記憶の誘導効果が見られなかった。さらにこれらの薬物の投与濃度を変えた実験を行ったところ、AFMKとAMKはそれぞれメラトニンの50分の1、125分の1の低濃度でも長期記憶を誘導できることが分かった。メラトニンはIDOという酵素によりAFMKに代謝されるが、このIDOの阻害剤とメラトニン代謝産物との共投与実験から、長期記憶の形成にはメラトニンがAMKに代謝されることが重要であることが分かった。
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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
初年度は研究実施計画の実験1「メラトニンを中心とした長期記憶形成の分子機構の解明」を行動薬理学的手法を用いて遂行した。実験1-1「長期記憶形成における既知のシグナル伝達経路とメラトニンの関係」では、メラトニンとNO-cGMP系阻害剤との共投与の後に1回の訓練を行い、長期記憶が誘導できるかどうかを調べた。メラトニンとNO合成酵素（NOS）の阻害剤の共投与では長期記憶が誘導できたことから、メラトニンがNO-cGMP系の下流で作用していることが示唆された。実験2-1「長期記憶形成機構においてメラトニンの下流で働く分子の同定」ではメラトニンの代謝産物に注目して行動薬理実験を行った。メラトニンは脳内ではIDOという酵素によりAFMK, AMKに代謝され、肝臓では6-ハイドロキシメラトニンに代謝される。これらの代謝産物を投与した後に1回の訓練を行い長期記憶が誘導できるかどうかを調べたところ、AFMKとAMKでは長期記憶誘導効果が見られた。さらにこれらの投与濃度を変えた実験を行ったところ、AFMKとAMKはそれぞれメラトニンの50分の1、125分の1の濃度でも長期記憶を誘導できることが分かった。またIDO阻害剤（l-MT）とメラトニン代謝産物との共投与実験を行ったところ、メラトニンとl-MT投与群では長期記憶が誘導できず、AFMKとl-MT投与群、AMKとl-MT投与群では長期記憶が誘導できた。すなわち長期記憶の形成にはメラトニンがAFMK, AMKに代謝されることが重要であることが示唆された。メラトニン脳内代謝産物のAMKが長期記憶の形成に関わるという報告は全ての動物種において初めての報告である。以上のことから、本年度の達成度を「（２）おおむね順調に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目の本年度は「訓練回数依存的にメラトニンが脳内で放出されて長期記憶が形成される」という代表者の作業仮説を検証するため、以下の実験をLCMSやリアルタイムPCR及び行動薬理学的手法を用いて遂行する。
実験1）脳内のメラトニンレベルが訓練依存的に増加するかの検証実験：上記の作業仮説を検証するために、匂いと水の連合学習訓練の1回訓練、4回訓練を行い、その後の任意の時間に脳を取り出し、LCMSでメラトニン量を測定する。仮説が正しければ、LTMを形成する4回訓練では脳内のメラトニン量が、1回訓練と比べて多くなると予測される。
実験2）若齢コオロギと加齢コオロギのメラトニン関連物質の脳内量の比較：メラトニンおよびその関連物質（メラトニン前駆物質のセロトニン、N-アセチルセロトニン；メラトニン代謝産物のAFMK、6-HMなど）について、脳における分泌量が加齢に伴い変動するかを調べるために、若齢コオロギと加齢コオロギの脳をLCMSで解析し比較する。
実験3) 加齢コオロギの高次学習に対するメラトニンの効果：代表者らはコオロギが状況依存的学習、二次条件付け、感覚的事前条件付け、阻止と隠蔽などの高次学習ができることを見出しているが、これら高次学習の加齢による影響は全く分かっていない。「高次学習」に対する加齢の影響を調べるために、加齢コオロギにこれらの高次学習を行い、LTMを含む学習と記憶の各相のスコアを若齢学習のそれと比較する。加齢コオロギにおいて記憶障害が見られた場合、メラトニンを経口または血中投与した加齢コオロギでも同様の訓練を行い、連合学習と同様にAMIが予防・改善されるのかどうかを調べる。
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| Causes of Carryover |
当初は初年度に「行動薬理実験」と「LCMSによる定量解析実験」を行う予定であったが、「行動薬理実験」で予想以上に興味深い結果が出たため初年度は主に「行動薬理実験」に時間を割いた。その結果「LCMSによる定量解析実験」を次年度に遂行することにし、LCMS実験に必要な物品（カラム）や薬品に使用する予定の金額（約23万円）を次年度に使用することにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
「LCMSによる定量解析実験」に必要な物品（逆相カラム、バイアル瓶など）、薬品を購入する予定である。
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