長期記憶誘導効果をもつメラトニン代謝産物AMKの加齢変化と機能性食品への展開

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K11823
• 研究機関: 立教大学
• 研究代表者: 服部 淳彦 立教大学, スポーツウエルネス学部, 特任教授 (70183910)
• 研究分担者: 渡辺 数基 東京医科歯科大学, 教養部, 非常勤講師 (10908073)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: AMK / メラトニン / 海馬 / 加齢 / 記憶 / LC/MS/MS / RNA-seq

研究実績の概要

アルツハイマー型認知症をはじめとする認知症は、本邦において2025年には65歳以上の5人に1人が罹患すると推察されており、社会的に極めて重要な疾患である。しかし治療薬の開発は、アミロイドb抗体薬をはじめ一部は上市されているものの困難な壁にあたりいまだ進んでおらず、そのため新たな治療薬や予防薬のシーズとなる研究が待たれている。
我々は松果体ホルモンであるメラトニンの脳内代謝産物であるAMKを、記憶力が低下した老齢マウスに投与すると、長期記憶が誘導されることを見出し(J Pineal Res, 2021)、AMKを新たな治療薬や予防薬のシーズとして示した。本年度は、加齢による記憶障害の原因の一つとしてAMKの低下があるのか、また記憶形成にかかわるどのような遺伝子が加齢にともなって低下する（障害を受ける）のかを明らかにした。
老齢マウスにおける海馬のAMK産生量とAMKが学習・記憶能力に与えるメカニズムを解明するために、メラトニンを産生する系統であるC3H/He マウスを用いて、加齢に伴い松果体、血液、海馬におけるメラトニン、AFMKおよびAMK量をLC/MS/MSを用いて定量し、松果体から分泌されたメラトニンが海馬に取り込まれた後、AFMK・AMKに変換されること、また老齢マウスの海馬ではAMK量が若齢の1/20以下に激減することを明らかにした。さらに、加齢に伴い記憶力が低下したC3H/Heマウスを用いて、採取した海馬組織からRNAを抽出し、RNA-seq解析を行い、発現変動遺伝子をKEGG pathway解析、Gene Set Enrichment Analysisにて評価し、記憶形成関連遺伝子群のネットワーク解析の結果、加齢にともなって低下する（障害を受ける）記憶形成遺伝子群を明らかにした。これらの結果とAMKの変化と合わせてJ Pineal Res (2024)に発表した。

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

本年度はメラトニンを産生する系統であるC3H/He マウスを用いて、加齢に伴い松果体、血液、海馬におけるメラトニン、AFMKおよびAMK量をLC/MS/MSを用いて定量し、AMKの合成経路（合成場所）を明らかにするとともに、海馬におけるAMK量は老齢になると若齢の1/20以下になることを見出した。また海馬組織からRNAを抽出し、加齢に伴い記憶力が低下したC3H/Heマウスを用いて、採取した海馬におけるRNA-seq解析を行い、発現変動遺伝子をKEGG pathway解析、Gene Set Enrichment Analysisにて評価し、記憶形成関連遺伝子群のネットワーク解析を行った結果、加齢にともなって低下する（障害を受ける）記憶形成遺伝子群を明らかにした。また、海馬におけるAMKの変化量と記憶形成関連遺伝子群の結果を合わせて論文にまとめた（J Pineal Res, 2024)。

今後の研究の推進方策

次年度は、AMKが学習・記憶能力に与えるメカニズムを解明するために、AMK投与後の海馬における各種記憶形成遺伝子の変化をウエスタンブロッティング法や定量的PCR法などを用いて明らかにする。またin vivoだけでなく、AMKの作用メカニズム解明のために、in vitroの系を用いた実験も行う。すなわちニューロン系の代表としてSH-SY5Y細胞をアストロサイト系の代表としてU-251細胞を用いた検討を行う。さらに、海馬におけるAMKの合成にはどのようなメカニズムが関わっているのか、これまで言われている候補遺伝子だけではなく、新たな合成系に関しても検討する。

次年度使用額が生じた理由

次年度は海馬におけるプロテオーム解析を計画しており、その費用の捻出のために適正かつ計画的に使用した結果、次年度使用額が生じた。このプロテオーム解析やin vitroの実験に主として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] N1-Acetyl-5-methoxykynuramine, which decreases in the hippocampus with aging, improves long-term memory via CaMKII/CREB phosphorylation. (2024)
  • 著者名/発表者名: Watanabe K, Maruyama Y, Iwashita H, Kato H, Hirayama J, Hattori A.
  • 雑誌名: Journal of Pineal Research 巻: 76(1) ページ: e12934
  • DOI: 10.1111/jpi.12934
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Data on plasma cortisol levels in nibbler fish Girella punctata reared under high-density conditions in either surface seawater or deep ocean water. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikari T, Hirayama J, Rafiuddin MA, Furusawa Y, Tabuchi Y, Watanabe K, Hattori A, Kawashima R, Nakamura K, Srivastav AK, Toyota K, Matsubara H, Suzuki N.
  • 雑誌名: Data in Brief 巻: 4(49) ページ: 109361
  • DOI: 10.1016/j.dib.2023.109361
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Melatonin is more effective on bone metabolism when given at early night than during the day in ovariectomized rats. (2023)
  • 著者名/発表者名: Miki Y, Seki A, Mishima H, Maruyama Y, Watanabe K, Kobayashi-Sun J, Kobayashi I, Kuroda K, Oshima S, Okamoto T, Matsubara H, Srivastav AK, Tabuchi Y, Hirayama J, Hattori A, Suzuki N.
  • 雑誌名: Melatonin Research 巻: 6(2) ページ: 161-172
  • DOI: 10.32794/mr112500147
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nocturnal melatonin increases glucose uptake via insulin-independent action in the goldfish brain. (2023)
  • 著者名/発表者名: Watanabe K, Nakano M, Maruyama Y, Hirayama J, Suzuki N, Hattori A.
  • 雑誌名: Frontiers in Endocrinology 巻: 23(14) ページ: 1173113
  • DOI: 10.3389/fendo.2023.1173113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Kynurenine promotes Calcitonin secretion and reduces cortisol in the Japanese flounder Paralichthys olivaceus. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikari T, Furusawa Y, Tabuchi Y, Maruyama Y, Hattori A, Kitani Y, Toyota K, Nagami A, Hirayama J, Watanabe K, Shigematsu A, Rafiuddin MA, Ogiso S, Fukushi K, Kuroda K, Hatano K, Sekiguchi T, Kawashima R, Srivastav AK, Nishiuchi T, Sakatoku A, Yoshida MA, Matsubara H, Suzuki N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13(1) ページ: 8700
  • DOI: 10.1038/s41598-023-35222-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deep ocean water alters the cholesterol and mineral metabolism of squid Todarodes pacificus and suppresses its weight loss. (2023)
  • 著者名/発表者名: Hatano K, Yoshida MA, Hirayama J, Kitani Y, Hattori A, Ogiso S, Watabe Y, Sekiguchi T, Tabuchi Y, Urata M, Matsumoto K, Sakatoku A, Srivastav AK, Toyota K, Matsubara H, Suzuki N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13(1) ページ: 7591
  • DOI: 10.1038/s41598-023-34443-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Adaptation to the shallow sea floor environment of a species of marine worms, Oligobrachia mashikoi, generally inhabiting deep-sea water. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ogiso S, Watanabe K, Maruyama Y, Miyake H, Hatano K, Hirayama J, Hattori A, Watabe Y, Sekiguchi T, Kitani Y, Furusawa Y, Tabuchi Y, Matsubara H, Nakagiri M, Toyota K, Sasayama Y, Suzuki N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13(1) ページ: 6299
  • DOI: 10.1038/s41598-023-33309-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 高血糖を引き起こしたキンギョの骨代謝に及ぼす影響 (2024)
  • 著者名/発表者名: 黒田康平, 丸山雄介, 渡辺数基, 遠藤雅人, 松原創, 田渕圭章, 平山順, 服部淳彦, 鈴木信雄
  • 学会等名: 令和6年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] メラトニンによる多環芳香族炭化水素類のレスキュー作用の解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 服部淳彦, 丸山雄介, 鈴木信雄
  • 学会等名: 環日本海域環境研究センター2023年度共同研究成果報告会
• [学会発表] 夜間におけるアオゴカイの行動を制御するインドール化合物に関する研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大嶋詩響, 小木曽正造, 豊田賢治, 渡辺数基, 平山順, 丸山雄介, 服部淳彦, 松原創, 鈴木信雄
  • 学会等名: 2023年度日本動物学会中部支部大会
• [学会発表] 高血糖により引き起こされる骨疾患を解析するための高血糖モデル魚の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 黒田康平, 丸山雄介, 渡辺数基, 豊田賢治, 松原創, 平山順, 服部淳彦, 鈴木信雄
  • 学会等名: 第47回日本比較内分泌学会大会及びシンポジウム
• [学会発表] 宇宙空間で引き起こされる骨疾患の治療薬の開発：キンギョのウロコ（骨モデル）及び 骨疾患モデルラットを用いた解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木信雄, 古澤之裕, 田渕圭章, 豊田賢治, 関あずさ, 高垣裕子, 染井正徳, 江尻貞一, 池亀美華, 黒田康平, 丸山雄介, 渡辺数基, 関口俊男, 松原創, 髙橋昭久, 平山順, 服部淳彦
  • 学会等名: 2023年度日本動物学会中部支部大会
• [学会発表] 海洋深層水に含まれる有機成分（キヌレニン）は海産魚のストレスを軽減する (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木信雄, 五十里雄大, 黒田康平, 端野開都, 渡辺数基, 平山順, 古澤之裕, 田渕圭章, 丸山雄介, 服部淳彦, 豊田賢治, 松原創
  • 学会等名: 第27回海洋深層水利用学会全国大会
• [学会発表] メラトニンによるインスリンを介さない血糖調節機構と抗糖化作用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 服部淳彦
  • 学会等名: 第27回糖化ストレス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 食品からのメラトニン摂取量と死亡リスク (2023)
  • 著者名/発表者名: 丸山雄介, 永田知里, 服部淳彦
  • 学会等名: 第14回抗加齢内分泌研究会
• [学会発表] 記憶増強作用を持つメラトニン代謝産物 AMKの低用量長期投与が記憶形成能と血中生化学パラメーターに与える影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡辺数基, 丸山雄介, 平山順, 服部淳彦
  • 学会等名: 第23回日本抗加齢医学会
• [学会発表] メラトニン関連インドール化合物による最終糖化産物（AGEs）の架橋切断及び架橋形成阻害効果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 丸山雄介, 渡辺数基, 加藤晴康, 服部淳彦
  • 学会等名: 第23回日本抗加齢医学会
• [学会発表] 赤外イメージングによるキンギョとメダカのウロコの構造解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 奈良雅之, 丸山雄介, 服部淳彦, 新居田恭弘
  • 学会等名: 第83回分析化学討論会