ヒト脳内に存在するニューロメラニン色素の構造とその生成過程の解明

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21500358
• Research Institution: Fujita Health University
• Principal Investigator: 若松 一雅 Fujita Health University, 医療科学部, 教授 (80131259)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 祥輔 藤田保健衛生大学, 医療科学部, 教授 (70121431) ; 加藤 好光 藤田保健衛生大学, 医療科学部, 准教授 (20121436)
• Keywords: ニューロメラニン / ユーメラニン / フェオメラニン / 化学分析 / パーキンソン病 / ドーパミン / システイニルドーパミン / 黒質

Research Abstract

脳黒質に存在するニューロメラニン(NM)は皮膚のメラニンとは対照的にその構造や機能の複雑さ、単離の困難さ、適切な生化学的モデル化合物がないなど不明な点が多い。我々は、DOPAとCysから生成するフェオメラニンの初期生成過程の解析を昨年度報告した(Wakamatsuら,PCMR,22,474-486,2009)。それによると、最初に生成するシステイニルドーパは、さらに酸化されてジヒドロ-1,4,-ベンゾチアジン-3-カルボン酸(DHBTCA)を生成し、その後、o-キノンイミン体を経て、ベンゾチアジン骨格を有するフェオメラニンになり、徐々にベンゾチアゾール骨格に変換することが示されている。本年度は、NMの生合成経路を解明するためドーパミン(DA)とシステイン(Cys)の酸化から生成するNMの中間体を合成し、この合成品を用いてNMの生合成経路を考察した。1)5-S-CysDAの合成:pH6.8の緩衝液中、DAとCysをチロシナーゼ酸化し、陽イオン交換樹脂で精製した。2)DHBT-1の合成:5-S-CysDAに2M-NaOHを加え、pH9で10分反応後、陽イオン交換樹脂で精製した。3)ODHBT-1の合成:5-S-CysDAに0.1M-NaOHを加え、1時間反応後、陽イオン交換樹脂で精製した。4)TTCAとTDCAの合成:DAとCysから合成したCysDAメラニンに1M-NaOHを加え、4日間H_2O_2酸化し、陽イオン交換樹脂、つづいてHPLC分取により精製した。5)Bz-1の合成:pH6.8の緩衝液中、5-S-CysDAにFeNH_4(SO_4)_2、(NH_4)_2S_2O_8を加え、室温で3時間反応後、陽イオン交換樹脂で精製した。6)DAとCysを1:0.5の比率で生理的条件下(pH7.4、37℃)チロシナーゼ酸化し、反応時間1分、3分、5分、15分、30分、1時間で反応液を分取し、HPLCへの直接注入による中間体の確認および反応溶液の化学反応により、生成物の解析を行った。反応は極めて早く進行した。最初に生成するCysDAは3分で消滅し、それに伴ってODHBT-1、Bz-1が徐々に生成した。反応が早いために当初予想していたDHIBT-1は検出されなかった。H_2O_2/K_2CO_3酸化およびHI水解により、メラニン分解産物のPDCA、TDCA、TTCA、Bz-1が徐々に増加した。一方、Cys-DA由来の4-AHPEAは減少した。一方、TTCA/PDCA比は徐々に増加し、4-AHPEA/PDCAは減少した。以上の結果は、NMは、最初にCys-DAメラニンが生成し、Cysの枯渇後、Cys-DAメラニンの顆粒上にDAメラニンが沈着するcasing modelを指示する結果であり、反応の進行とともにベンゾチアジン骨格を持つNMからベンゾチアゾール骨格を持つNMに変換されることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] Chemical analysis of late stages of phaeomelanogenesis : conversion of dihydrobenzothiazine to a benzothiazole structure (2009)
  • Author(s): Wakamatsu, K
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res 22 Pages: 474-486
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prolonged treatment of fair-skinned mice with topical forskolin causes persistent tanning and UV protection (2009)
  • Author(s): Spry, ML
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res 22 Pages: 219-229
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isomeric cysteinyldopas provide a(photo)degradable bulk component and a robust structural element in red human hair pheomelanin (2009)
  • Author(s): Greco, G
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res 22 Pages: 319-327
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of eumelanin and pheomelanin content between cultured uveal melanoma cells and normal uveal melanocytes (2009)
  • Author(s): Hu, DN
  • Journal Title: Melanoma Res 19 Pages: 75-79
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Agouti protein, mahogunin and attractin in phaeomelanogenesis and melanoblast-like alteration of Melanocytes : a camp-independent pathway (2009)
  • Author(s): Hida, T
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res 22 Pages: 623-634
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strengh and cost of an induced immune response are associated with a heritable melanin-based colour trait in female tawny owls (2009)
  • Author(s): Gasparini, J
  • Journal Title: J.Animal Ecology 78 Pages: 608-616
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Purification and growth of melanocortin 1 receptor(Mc1r)-defective primary murine Melanocytes is dependent on stem cell factor from keratinocytes-conditioned media (2009)
  • Author(s): Scott, T
  • Journal Title: In Vitro Cellular & Developmental Biology-Animal 45 Pages: 577-583
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Current Challenges in understanding melanogenesis : Bridging chemistry, biological control, morphology and function (2009)
  • Author(s): Simon, JD
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res 22 Pages: 563-579
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Independent regulation of hair and skin color by two G protein-coupled pathway (2009)
  • Author(s): Van Raamsdonk, CD
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res 22 Pages: 819-826
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Serum levels of 5-S-cysteinyldopa are correlated with skin colors in hemodialysis patients but not in peritoneal dialysis patients (2009)
  • Author(s): Murakami, K
  • Journal Title: Blood Purif 28 Pages: 209-215
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Short- and long-term effects of UV radiation on the pigmentation of human skin (2009)
  • Author(s): Coelho, SG
  • Journal Title: J Invest Dermatol Symp Proc 14 Pages: 32-35
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stem cell factor rescues tyrosinase expression and pigmentation in discreet anatomic locations in albino mice (2009)
  • Author(s): Vanover, J.C.
  • Journal Title: Pigment Cell Melanoma Res 22 Pages: 827-838
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] N-propionyl-cysteaminylphenol-magnetite(NPrCAP/M)is a nanoparticle for the targeted growth suppression of melanoma cells (2009)
  • Author(s): Sato, M
  • Journal Title: J Invest Dermatol 129 Pages: 2233-2241
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growth inhibition of re-challenge B16 melanoma transplant by conjugates of melanogenesis substrate and magnetite nanoparticles as the basis for developing melanoma-targeted chemo-thermo-immunotherapy (2009)
  • Author(s): Takada, T
  • Journal Title: J Biomed Biotechnol
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Melanin-based iridescent feather color in the Jungle Crow (2009)
  • Author(s): Lee, E
  • Journal Title: J.Vet.Med.Sci 71 Pages: 1261-1263
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] メラノーマ形質を分子標的とした化学・温熱・免疫療法の基礎と臨床 (2009)
  • Author(s): 神保孝一
  • Journal Title: Skin Cancer 24 Pages: 174-180
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] マウス大腸粘膜の細胞増殖能に対するアロエエモジン5週間混餌投与の影響 (2009)
  • Author(s): 新保寛
  • Journal Title: 医学と生物学 153 Pages: 218-224
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Melanogenesis cascade for developing novel selective drug delivery and chemo-thermo-immunotherapeutic strategies in melanoma ; specificity and biological effect (2009)
  • Author(s): Jimbow, K
  • Organizer: 第22回日本色素細胞学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-12-06
• [Presentation] フェオメラニン生成の後期過程の化学的分析 (2009)
  • Author(s): 若松一雅、太田良和美、伊藤祥輔
  • Organizer: 第22回日本色素細胞学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-12-05
• [Presentation] 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid 二量体の異性体判別:中赤外吸収スペクトル (2009)
  • Author(s): 奥田秀和
  • Organizer: 第22回日本色素細胞学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-12-05
• [Presentation] N-propionyl-4-S-cysteaminylphenol はメラノーマ細胞にアポトーシスを誘導しマウスB16F1腫瘍の増殖を抑制する (2009)
  • Author(s): 筬井泰江
  • Organizer: 第22回日本色素細胞学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-12-05
• [Presentation] N-propionyl-cysteaminylphenol suppresses re-challenge of mouse B16F1 tumor by inducing tumor-specific immune response (2009)
  • Author(s): 筬井泰江
  • Organizer: 39^<th> Annual Meeting of the European Society for Dermatological Research
  • Place of Presentation: Budapest, Hungary
  • Year and Date: 2009-09-09
• [Presentation] Chemical structure of neuromelanin : an elucidation to the production process (2009)
  • Author(s): 若松一雅
  • Organizer: 3^<rd> Asian Society for Pigment Cell Research Meeting
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2009-06-12
• [Presentation] Serum levels of 5-S-cysteinyldopa are correlated to pigmentation in patients undergoing hemodialysis (2009)
  • Author(s): Murakami, K., Wakamatsu, K., Nakanishi, Y., Yamamoto, K., Kohriyama, N., Hasegawa, M., Tomita, M., Nabeshima, K., Hiki, N., Asano, S., Kawashima, S., Ito, Y., Fujita, Y., Asada, H., Nakai, S., Sugiyama, S., Ito, S.
  • Organizer: World Congress of Nephrology 2009
  • Place of Presentation: Milano, Italy
  • Year and Date: 2009-05-24