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2017 年度 実施状況報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 16K07434
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

松本 幸久  東京医科歯科大学, 教養部, 助教 (60451613)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードメラトニン / 加齢性記憶障害 / 長期記憶 / フタホシコオロギ
研究実績の概要

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。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。
本研究の初年度の研究により、これまで機能が全く分かっていなかったメラトニン脳内代謝産物のN-acetyl-5-methoxykynuramine (AMK)が、メラトニンよりも低濃度で加齢コオロギの加齢性記憶障害を改善したり、若齢コオロギの長期記憶を誘導したりできることが分かった。様々な動物においてメラトニンは生体リズムの調節にかかわることが知られているが、コオロギの日内リズムにおけるメラトニンやAMKの働きについては全く分かっていない。そこで本研究2年目において、コオロギの長期記憶形成能や内在性メラトニン、AMKが日内リズムにどのような影響をうけるかを調べた。まず若齢コオロギにおいて、明期と暗期において訓練回数と長期記憶形成の関係を調べたところ、暗期の方が明期よりも少ない訓練回数で長期記憶を形成できることが分かった。次に、メラトニンやAMKによる長期記憶の誘導効果が薬物投与時刻により異なるかどうかを調べたところ、メラトニンとAMKのどちらも暗期の方が明期よりも低濃度で長期記憶を誘導できることが分かった。以上の結果から、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脳内代謝産物のAMKが関与していることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究2年目において、日内リズムと長期記憶形成能、および内在性メラトニン、AMKとの関連性を、行動薬理実験とLCMSによる定量分析実験で調べた。「日内リズムと長期記憶形成能の関係」を調べる実験では、若齢コオロギを用いて明期と暗期における訓練回数と長期記憶形成の関係を調べたところ、暗期の方が明期よりも少ない訓練回数で長期記憶を形成できた(暗期2回、明期4回)。さらに飼育環境の温度を低くして、活動リズムを夜行性から昼行性に逆転させたコオロギにおいても同様に、長期記憶形成能は暗期の方が明期よりも高いことが分かった。次に、「日内リズムと外因性メラトニン、AMKによる長期記憶誘導効果との関係」を調べる実験では、メラトニンやAMKによる長期記憶の誘導効果が薬物投与時刻により異なるかどうかを調べたところ、メラトニンとAMKのどちらも暗期の方が明期の10分の1以下の低濃度で長期記憶を誘導できることが分かった。さらに「日内リズムと内在性メラトニン、AMK量との関係」を調べる実験では、夜行性と昼行性のコオロギを用いて、明期と暗期における頭部のメラトニン、AMK量をLCMSで調べた結果、有意差はなかったがいずれも暗期の方が高い傾向がみられた。以上の結果はコオロギの長期記憶形成能には日内変化が存在し、それにはメラトニン脳内代謝産物のAMKが関与していることを示唆するものである。AMKが記憶能力の日内変動に関わるという結果は全ての動物種において初めての知見である。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。

今後の研究の推進方策

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)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、脳における通常の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。

次年度使用額が生じた理由

【次年度使用額が生じた理由】
当初は2年目に「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2年目は主に「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」を最終年度に遂行することにし、LCMS実験に必要な物品(実体顕微鏡、カラム)に使用する予定の金額(約30万円)を最終年度に使用することにした。
【使用計画】
「LCMSによる定量解析実験」に必要な物品(実体顕微鏡、逆相カラム、バイアル瓶など)を購入する予定である。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] Roles of octopamine and dopamine neurons for mediating appetitive and aversive signals in Pavlovian conditioning in crickets2017

    • 著者名/発表者名
      M. Mizunami and Y. Matsumoto
    • 雑誌名

      Frontier in Physiology

      巻: 8 ページ: 1027

    • DOI

      doi: 10.3389/fphys.2017.01027. eCollection 2017.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Searching for cognitive processes underlying insect learning2017

    • 著者名/発表者名
      M. Mizunami, C. S. Matsumoto and Y. Matsumoto
    • 雑誌名

      The Japanese Journal of Animal Pychology

      巻: 67 ページ: 1-10

    • 査読あり
  • [学会発表] メラトニン代謝産物N-acetyl-5-methoxykynuramine (AMK)とその類似物質による長期記憶の誘導効果 -コオロギをモデル動物として2017

    • 著者名/発表者名
      松本幸久・丸山雄介・松本千尋・影近弘之・増野弘幸・岩下洸・千葉篤彦・服部淳彦
    • 学会等名
      日本抗加齢医学会第17回大会
  • [学会発表] メラトニンの脳内代謝産物N-acetyl-5-methoxykynuramine (AMK)による老齢マウスにおける長期記憶誘導作用2017

    • 著者名/発表者名
      岩下洸・松本幸久・丸山雄介・千葉篤彦・服部淳彦
    • 学会等名
      日本抗加齢医学会第17回大会
  • [学会発表] メラトニンによる長期記憶の誘導効果は投与時刻により異なる―コオロギにおいて2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤紀之・松本幸久・服部淳彦
    • 学会等名
      日本動物学会第88回大会
  • [学会発表] 記憶力が低下した加齢マウスにおけるメラトニン脳内代謝産物の長期記憶誘導作用2017

    • 著者名/発表者名
      岩下洸・松本幸久・丸山雄介・千葉篤彦・服部淳彦
    • 学会等名
      日本動物学会第88回大会
  • [学会発表] コオロギにおける長期記憶形成能の概日変化とメラトニン及びその脳内代謝産物の長期記憶誘導効果2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤紀之・松本幸久・丸山雄介・服部淳彦
    • 学会等名
      第24回日本時間生物学会学術大会
  • [学会発表] コオロギの長期記憶形成能の日内および概日変化と昼夜で異なるメラトニン脳内代謝産物の長期記憶誘導効果2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤紀之・松本幸久・丸山雄介・服部淳彦
    • 学会等名
      日本比較内分泌学会第42回大会
  • [学会発表] メラトニン産生能を持つマウスにおけるメラトニンの脳内代謝産物N-acetyl-5-methoxykynuramine (AMK)の長期記憶誘導作用2017

    • 著者名/発表者名
      岩下洸・松本幸久・丸山雄介・張賢・千葉篤彦・服部淳彦
    • 学会等名
      日本比較内分泌学会第42回大会
  • [学会発表] Prediction error theory in insects; blocking experiment and pharmacological evaluation.2017

    • 著者名/発表者名
      K. Terao, Y. Matsumoto, M. Mizunami
    • 学会等名
      The 44th Naito Conference: Decision Making in the Brain―Motivation, Prediction, and Learning
  • [図書] Crickets as a model organism: development, regeneration and behavior. Chapter 9, Learning and memory.2017

    • 著者名/発表者名
      M. Mizunami and Y. Matsumoto
    • 総ページ数
      12
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      4431564764
  • [図書] Crickets as a model organism: development, regeneration and behavior. Chapter 16, Reproductive behavior and physiology in the cricket Gryllus bimaculatus.2017

    • 著者名/発表者名
      M. Sakai, M. Kumashiro, Y. Matsumoto, M. Ureshi and T. Otsubo
    • 総ページ数
      25
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      4431564764
  • [図書] Crickets as a model organism: development, regeneration and behavior. Chapter 17, Protocols for olfactory conditioning.2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsumoto, C. S. Matsumoto and M. Mizunami
    • 総ページ数
      12
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      4431564764

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公開日: 2018-12-17  

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