2023 Fiscal Year Research-status Report

Effect of the odorants generated by the Maillard reaction on aging through inhalation

Research Project

Project/Area Number	22KJ2827
Allocation Type	Multi-year Fund
Research Institution	Nihon University
Principal Investigator	横山壱成日本大学, 生物資源科学部, 特別研究員(PD)
Project Period (FY)	2023-03-08 – 2025-03-31
Keywords	メイラード反応 / 香気成分 / 保健的機能性 / 嗅覚生理応答 / 老化 / 線虫 / C. elegans
Outline of Annual Research Achievements	本年度は、モデル動物である線虫C. elegansにおけるメイラード反応生成香気の曝露による抗老化作用の分子メカニズムの解明について検討した。昨年度の成果より、メイラード反応生成香気の曝露により野生型線虫の寿命が延長されることを見出した。これには加齢に伴うストレスへの抵抗性が関わっていると考え、ストレスへの抵抗性について測定を行った。線虫へのメイラード反応生成香気の嗅覚刺激は、対照群と比較してストレス（酸化あるいは熱）に対する生存率を上昇させた。線虫において、ストレス抵抗性に影響するものとして、インスリン/IGF-1やAMPKのような各種シグナル伝達経路への影響が挙げられた。そこで、メイラード反応生成香気に曝露した線虫を回収し、RNA抽出および逆転写反応を経て作成されたcDNAを用いて定量PCRの解析に供した。その結果、熱ショック転写因子であるHsf-1およびその標的遺伝子であるHsp-12.6, Hsp-70のmRNA発現の上昇が認められた。さらに、抗酸化酵素であるカタラーゼ（Ctl-1, 3）の発現も上昇していた。すなわち、これら遺伝子発現の上昇が線虫のストレス耐性の向上に貢献し、結果的に抗老化作用を示すことが推察された。次に、HSF-1を欠損した突然変異体（sy441）を用いて、嗅覚刺激に伴う寿命を測定したところ、寿命の延長は見られなかった。また、上記の遺伝子発現の変化も消失することが判明した。つまり、メイラード反応生成香気による抗老化作用には、Hsf-1を介した熱ショック反応に関連する遺伝子が関与することが示された。一方で興味深いことに、揮発性成分に対する応答が消失する突然変異体odr-3 (n2150)における定量PCR解析では、Hsf-1, Hsp-12.6, Hsp-70の発現上昇は認められなかったものの、Ctl-1,3は依然として高値を示した。このことより、カタラーゼに関する遺伝子発現上昇には嗅覚系とは独立したメカニズムが関与していることが示唆された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度はメイラード反応で生成する香り刺激が、どのようなメカニズムを介して線虫C. elegansにおける抗老化作用を示すかについて取り組んだ。本研究成果より、線虫の熱ショック転写因子HSF-1を介した生体ストレス耐性の向上を引き起こし、平均寿命や健康寿命の延伸に繋がったことが予想された。また、遺伝子突然変異体を用いた実験において、この反応がメイラード反応生成香気の刺激に伴って起こることが示唆された。この経路はマウスやヒトなどの哺乳類においても保存されている。興味深いことに、マウスでは、HSF-1と嗅神経の維持といった関連性が報告されているため、線虫とマウスでの類似性の一端を示すこととなった。今後、嗅覚刺激と熱ショック因子との関係性に注目しながら、マウスなどの哺乳類モデルでの実験系に昇華させていきたいと考えている。なお、線虫モデルで得られた一連の成果については、日本農芸化学会2024年度大会におけるシンポジウムでの講演に至っている。
Strategy for Future Research Activity	線虫モデルで得られた成果を基にマウスなどでの検討を進めていく。その際は、メイラード反応生成香気に対するマウスの嗜好を明らかにした上で、中～長期の香気曝露を実施したい。そして、さまざまな角度から香気刺激による生体への影響を解明していく予定である。今後、哺乳類でも健康寿命の延伸といった生体に対する好ましい影響を解明することができれば、日常的に吸入するメイラード反応の香りの重要性についてアピールすることができるのではないかと期待している。