2018 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 – 2020-03-31
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| Keywords | 加齢性記憶障害 / 長期記憶 / 昆虫 / メラトニン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
加齢性記憶障害はヒトを含む様々な動物で見られる現象である。代表者は、昆虫の中でも高い学習能力を持つフタホシコオロギ（以下コオロギ）において長期記憶だけに加齢性記憶障害がみられることを発見し、抗酸化物質であるメラトニンがその加齢性記憶障害を改善することを報告した。本研究の目的は、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加齢性記憶障害改善の神経分子機構を明らかにすることである。
本研究において、これまでに代表者はメラトニン脳内代謝産物のN-acetyl-5-methoxykynuramine (AMK)が、コオロギの長期記憶を誘導したり加齢性記憶障害を改善したりできることを見出した。さらに、コオロギの長期記憶形成能には暗期の方が明期よりもより高いという日内変化が存在し、それにはメラトニンやAMKが関与していることを明らかにした。
本研究3年目において、まずコオロギの記憶形成能の日内変化が概日時計に支配されているかどうかを調べた。恒明条件下または恒暗条件下で飼育したコオロギに嗅覚条件付けを行い、訓練1日後の長期記憶のスコアを調べたところ、長期記憶形成能が概日時計に支配されている可能性が示唆された。次に、コオロギの加齢性記憶障害はメラトニンやAMK量の加齢に伴う低下によるものであるという仮説を立て、高速液体クロマトグラフ質量分析（LC-MS）を用いた定量実験によりその仮説を検証したところ、加齢コオロギは若齢コオロギに比べて頭部のAMK量が有意に低いことが分かった。
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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
コオロギの記憶形成能の日内変化が概日時計に支配されているかどうかを調べる実験では、恒明条件下または恒暗条件下で飼育したコオロギの長期記憶形成能を、6時間おきに時刻を追って調べた。その結果、いずれも記憶形成能の高さが変動し、そのピークの時刻が異なっていたことから、長期記憶形成能が概日時計に支配されている可能性が示唆された。
次に、代表者の立てた「加齢性記憶障害はメラトニンやAMK量の加齢に伴う低下に起因する」という仮説の検証を行った。明期において、加齢コオロギ（成虫脱皮3週目）と若齢コオロギ（成虫脱皮1週目）の頭部のメラトニン量とAMK量をそれぞれLC-MSを用いて測定し比較したところ、メラトニン量は加齢コオロギと若齢コオロギとで有意な差が見られなかったのに対し、AMK量は加齢コオロギの方が有意に低いことが分かった。この結果は代表者の作業仮説をおおむね支持するものである。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 |
本研究最終年の本年度は「訓練回数依存的にメラトニンならびにAMKが脳内で放出されて長期記憶が形成される」という代表者の立てた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（またはAMK量）が、1回訓練と比べて多くなると予測される。
実験2) 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 |
【次年度使用額が生じた理由】当初は3年目に「行動薬理実験」「LCMSによる定量解析実験」「脳組織の観察」を若齢コオロギと加齢コオロギとで行い両者の結果を比較する予定であったが、飼育下で病気が蔓延し加齢コオロギが十分に確保できなかったため、3年目は主に若齢コオロギを用いた実験に時間を割いた。そのため最終年度である4年目に加齢コオロギを用いた実験を遂行する予定で、LCMS実験や組織観察に必要な物品（カラム）や試薬に使用する金額（約36万円）を最終年度に持ち越すことにした。
【使用計画】「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）や「脳組織の観察」に必要な試薬（染色液、固定液など）を購入する予定である。
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