加齢に伴う長期記憶障害を回復させるメラトニン脳内代謝産物の効果と健康食品への展開

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K11016
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 服部 淳彦 東京医科歯科大学, 教養部, 教授 (70183910)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: AMK / メラトニン / 長期記憶 / 学習 / 物体認識試験 / マウス

研究実績の概要

松果体ホルモンであるメラトニンは、サルファトキシメラトニンとして尿中に排出される代謝経路以外に、主として脳内ではN-acetly-N-formyl-5-methoxykynuramine (AFMK)からN-acetly-5-methoxykynuramine (AMK)に代謝されることが知られている。我々は、このメラトニンの脳内代謝産物であるAMKが、マウスを用いた学習・記憶試験において、学習後のたった１回の投与でも長期記憶を誘導できることを見出し、2021年に生理学分野では世界最高峰の国際科学雑誌であるJournal of Pineal Research ( IF=14.5 )に報告した。本研究の最大の目的は、人への展開の基盤を作るために、AMKの含有量の多い食材を探索するとともに、マウスを使って、有効投与時刻の詳細な検討と投与方法の比較検討、さらに効果の持続時間などの検討を行い、最適条件を絞り込むことにある。本年度はAMKの投与タイミングの検討（長期記憶が形成されない条件、すなわち物体を１回だけ見せるという学習の3時間前から3時間後までの様々なタイミングでAMKを投与し、24時間後の長期記憶が形成されるかどうかを調べることにより、有効な投与時間を検討）をする実験を行った。その結果、学習の1時間前から学習後2時間までの投与で効果が認められたが、最も有効な投与時間は学習直後から学習後15分までであった。また、これまで報告の無いAMKのレセプターや結合タンパク質の検索には、メラトニンレセプターが膜レセプターであることから、まずは膜レセプターを候補として絞り込む実験を複数行ったが、残念ながら現時点では明瞭な結果は得られていない。

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

本研究の初年度は、AMKを大量に含む食材の探索を行った。これまで調べてきた食用植物をさらに広げるとともに、ハーブ類や嗜好食品など150種類を超える食材を対象に、LC/MS/MS（当研究室に所有）を用いてメラトニンやAMKを測定した。次年度は、マウスにこれまで行ってきた腹腔内投与だけでなく、塗布や経口投与を行い、有効な投与方法の比較検討を行った。また、AMKによる長期記憶誘導効果の持続時間や最小有効濃度を調べた。昨年度は、学習前後の投与時間を変えることによる効果の比較検討を行い、有効な投与時間を決めることができた。また、AMKのレセプターや結合タンパク質の解析も試みたが、その結果はまだ得られていない。以上の状況から、進捗状況の区分を（2）にした。

今後の研究の推進方策

補助事業期間中の実験は、初年度のAMK高含有食材の探索にはじまり、次年度のAMKの投与方法の検討や効果の持続時間の検討、3年目は学習の前後におけるAMKの投与タイミングの検討を行った。延長した本年度は、主に以下の3つの項目を行う予定である。実験①AMKの投与時刻による効果の比較：朝、昼、あるいは夜における学習記憶形成能を比較する。投与時刻によるAMKの効果に関しては、最小有効濃度などを比較検討する。実験②AMKの膜レセプターの可能性の検討：レセプターの候補として、脳内のＧタンパク質連結型レセプター(GPCR)が考えられるので、培養ヒト神経細胞にAMKを添加して、cAMPの上昇を確認後、複数のGPCRとの結合をβアレスチンの変化を指標に調べる。実験③AMKの結合タンパク質が核内あるいは細胞質内に存在する可能性の検討：AMKを蛍光でラベルして、神経細胞や海馬などから核分画や細胞質分画を抽出し、結合能を調べる。以上の①～③の項目を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

メラトニンのレセプターが膜レセプターであることから、当初はAMKも膜レセプターの可能性が高いと考え、色々な方法を用いて検討したが、現段階では良い結果が得られていない。本年度は、膜レセプターである可能性は引き続き検討するが、合わせてAMKの結合タンパク質が核内あるいは細胞質に存在する可能性も含めて、様々な角度から検討を行う。それらの費用に当てる予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Porphyromonas gingivalis impairs glucose uptake in skeletal muscle associated with altering gut microbiota (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe K., Katagiri S., Takahashi Hi., Sasaki N., Maekawa S., Komazaki R. Hatasa M., Kitajima Y., Maruyama Y., Shiba T., Komatsu K., Ohsugi Y., Tanaka K., Matsuzawa A., Hirota T., Tohara H., Eguchi Y., Anzai K., Hattori A., Iwata T.
  • 雑誌名: FASEB JOURNAL. 巻: 35 ページ: -
  • DOI: 10.1096/fj.202001158R
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The melatonin metabolite N1‐acetyl‐5‐methoxykynuramine facilitates long‐term object memory in young and aging mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwashita Hikaru、Matsumoto Yukihisa、Maruyama Yusuke、Watanabe Kazuki、Chiba Atsuhiko、Hattori Atsuhiko
  • 雑誌名: Journal of Pineal Research 巻: 70 ページ: -
  • DOI: 10.1111/jpi.12703
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glyoxal‐induced formation of advanced glycation end‐products in type 1 collagen decreases both its strength and flexibility in vitro (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitamura Kei‐ichiro、Hirayama Jun、Tabuchi Yoshiaki、Minami Takao、Matsubara Hajime、Hattori Atsuhiko、Suzuki Nobuo
  • 雑誌名: Journal of Diabetes Investigation 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.1111/jdi.13528
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Uptake of osteoblast-derived extracellular vesicles promotes the differentiation of osteoclasts in the zebrafish scale (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi-Sun Jingjing、Yamamori Shiori、Kondo Mao、Kuroda Junpei、Ikegame Mika、Suzuki Nobuo、Kitamura Kei-ichiro、Hattori Atsuhiko、Yamaguchi Masaaki、Kobayashi Isao
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0925-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Melatonin suppresses both osteoblast and osteoclast differentiation through repression of epidermal Erk signaling in the zebrafish scale (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi-Sun Jingjing、Suzuki Nobuo、Hattori Atsuhiko、Yamaguchi Masaaki、Kobayashi Isao
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 530 ページ: 644～650
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.07.075
  • 査読あり
• [雑誌論文] De novo transcriptome analysis and gene expression profiling of fish scales isolated from Carassius auratus during space flight: Impact of melatonin on gene expression in response to space radiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Furusawa Yukihiro、Yamamoto Tatsuki、Hattori Atsuhiko、Suzuki Nobuo、Hirayama Jun、Sekiguchi Toshio、Tabuchi Yoshiaki
  • 雑誌名: Molecular Medicine Reports 巻: 22 ページ: -
  • DOI: 10.3892/mmr.2020.11363
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oral administration of melatonin contained in drinking water increased bone strength in naturally aged mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Igarashi-Migitaka Junko、Seki Azusa、Ikegame Mika、Honda Masato、Sekiguchi Toshio、Mishima Hiroyuki、Shimizu Nobuaki、Matsubara Hajime、Srivastav Ajai K.、Hirayama Jun、Maruyama Yusuke、Kamijo-Ikemori Atsuko、Hirata Kazuaki、Hattori Atsuhiko、Suzuki Nobuo
  • 雑誌名: Acta Histochemica 巻: 122 ページ: 151596～151596
  • DOI: 10.1016/j.acthis.2020.151596
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Influence of Benz[a]anthracene on Bone Metabolism and on Liver Metabolism in Nibbler Fish, Girella punctata (2020)
  • 著者名/発表者名: Zanaty Mohamed I.、Sawada Niina、Kitani Yoichiro、Nassar Hossam F.、Mahmoud Hamada M.、Hayakawa Kazuichi、Sekiguchi Toshio、Ogiso Shouzo、Tabuchi Yoshiaki、Urata Makoto、Matsubara Hajime、Takeuchi Yutaka、Hattori Atsuhiko、Srivastav Ajai K.、Amornsakun Thumronk、Suzuki Nobuo
  • 雑誌名: International Journal of Environmental Research and Public Health 巻: 17 ページ: 1391～1391
  • DOI: 10.3390/ijerph17041391
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Use of Chemical Compounds to Identify the Regulatory Mechanisms of Vertebrate Circadian Clocks (2020)
  • 著者名/発表者名: Okamoto-Uchida Yoshimi、Nishimura Akari、Izawa Junko、Hattori Atsuhiko、Suzuki Nobuo、Hirayama Jun
  • 雑誌名: Current Drug Targets 巻: 21 ページ: 425～432
  • DOI: 10.2174/1389450120666190926143120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression of sclerostin in the regenerating scales of goldfish and its increase under microgravity during space flight (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuki YAMAMOTO, Mika IKEGAME, Jun HIRAYAMA, Kei-ichiro KITAMURA, Yoshiaki TABUCHI, Yukihiro FURUSAWA, Toshio SEKIGUCHI, Masato ENDO, Hiroyuki MISHIMA, Azusa SEKI, Sachiko YANO, Hajime MATSUBARA, Atsuhiko HATTORI, and Nobuo SUZUKI
  • 雑誌名: Biomedical Research (Tokyo) 巻: 41 ページ: 279-288
  • 査読あり
• [図書] 動物の事典 第9章 動物のホルモンとホメオスタシス (2020)
  • 著者名/発表者名: 服部淳彦(分担)
  • 総ページ数: 60
  • 出版者: 朝倉書店