Molecular mechanisms underlying control of melatonin physiology

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K14780
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 笠原 和起 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 副チームリーダー (50344031)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: メラトニン / N-アセチルセロトニン

Outline of Annual Research Achievements

メラトニンは松果体において、セロトニン→N-アセチルセロトニン（NAS）→メラトニンという2段階の酵素反応によって夜間のみに合成されるホルモンである。しかし、実験用マウスのほとんどの系統ではメラトニンを合成することができなくなってしまった。我々は、実験用マウス系統のゲノム上の遺伝子変異を見出し、メラトニンを合成できる野生マウス由来系統（MSM/Ms）と交配させてメラトニンを合成できる実験用マウス系統（C57BL/6）コンジェニックマウスを作製した。しかし、松果体で合成できるのに、血中濃度がMSM/Msほど高くならないことに気が付いた。血中濃度が低い分子基盤を明らかにするために、本研究を開始した。
当初は、メラトニンをELISA法によって測定していた。しかしメラトニンの研究の分野でも、液体クロマトグラフィー質量分析法（LC/MS/MS）による測定が一般化となっており、我々もLC/MS/MSによる測定系を立ち上げた。その結果、定量限界が約1 pMの感度でメラトニンを測定できるようになった。安定同位体ラベルしたメラトニンを内部標準に用いることによって、ばらつき（CV）が5%以内という精度を得られた。さらに、メラトニンの測定と同時に、メラトニンの前駆体NASも定量でき、こちらの方がより高感度で測定できた（定量限界は約0.1 pM）。
この高精度のLC/MS/MS法による測定の結果、研究のきっかけとしたC57BL/6コンジェニックマウスにおけるメラトニンの低濃度は有意には検出されず、ELISAの酵素抗原反応に対する何らかの阻害、あるいは個体間のバラツキに寄るものであったと考えられた。NASが測れるようになり、注目すべき発見があった。それは、C57BL/6Jマウスにおいても、NASは相当量合成されており、さらに明期においても血中濃度は約50 pMであった。