ヒト脳内に存在するメラニン様色素の構造とその加齢過程の解明

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24500450
• 研究機関: 藤田保健衛生大学
• 研究代表者: 若松 一雅 藤田保健衛生大学, 医療科学部, 教授 (80131259)
• 研究分担者: 伊藤 祥輔 藤田保健衛生大学, その他部局等, 名誉教授 (70121431)
• キーワード: 国際情報交換 / イタリア / アメリカ / ニューロメラニン / ドーパミン / ノルエピネフリン / 化学分解反応 / ヨウ化水素還元

研究概要

ヒトまたはほ乳動物の中脳黒質に存在する褐色のメラニンであるニューロメラニン（NM）の生成過程においては、DAまたはNEとともに、DAとNEからの代謝物の酸化的重合の関与も重要視されている。DAとNEからの代謝物としては、DOPAC、DOPE、DOPEGおよびDOMAが知られている。これらの代謝物がNMに含有されているかどうかを調べるには、HI法が最も有用である。NMのHI還元によりDOPAC、DOPE、DOPEGおよびDOMA由来の構造単位は、アミノヒドロキシフェニル酢酸（AHPAA）とアミノヒドロキシエチルベンゼン（AHEB）を与えると予想される。これらの化合物は、市販品がないため新たに合成する必要があった。今回、まず、AHPAAは、m-またはp-ヒドロキシフェニル酢酸のo-ニトロ体を得るために60%硝酸と反応させた後、57%HIによりニトロ基を還元して望ましいAHPAAを合成した。AHEBはm-またはp-ヒドロキシエチルベンゼンに同様に硝酸を反応させた後、HIにより還元し、目的のAHEBを合成した。以前合成していたAHPEAも今回新たに、m-またはp-ヒドロキシエチルアミンのニトロ化、還元により合成した。天然の黒質由来と青斑核由来のNMをHI水解したところ、黒質由来のNMからは初めてAHEBを確認することができた。また、青斑核由来のNMからは、AHPEA、AHPAA、AHEB、AHPを初めて検出することができた。このことは、黒質由来、青斑核由来のNMは、DAおよびNE由来のみならず、DOPA、DOPAC、DOMA、DOPEおよびDOPEG由来であることを暗示している。

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

NMがDA、NEのみならず、これらの代謝物由来のカテコールアミンも含まれていることが初めて証明され、新たな合成反応により新規マーカーを得ることができ、DA、NE以外のカテコールアミン代謝物の定量が可能になった。様々な年齢のNMと部位の異なるNMを分析して、加齢に伴うNMの構造変化を調べた。青斑核から得られたNMで42歳から92歳までのヒトの検体を調べたところ、TTCA/PDCA比が53歳まで上昇したが、それ以降減少することがわかった。一方、被殻、前運動野皮質、小脳から得られたNMで年齢差を比較したところ、4-AHP/PTCA値が年齢の上昇にしたがい、有意に高くなることがわかった。

今後の研究の推進方策

合成NMとタンパク（例えばBSA）と反応させて、得られたEuBSA (DA由来のメラニンとBSAとのcomplex)とPheoBSA(DA-cys由来のメラニンとBSAとのcomplex)のメラニン含量を調べる。さらに、Fe2+イオンを加えた場合に、その含量がどの様に変化するかを調べる。これらのメラニンの合祀枝は、L. CasellaによるJ. Biol. Inorg. Chem (2012)の方法に従って合成する。つづいて、得られたNM-BSA complexを用いて、加熱処理したメラニンのagingのシュミレーションを行い、天然NMと比較する。さらに、被殻、前運動野皮質、小脳から得られたメラニン色素のagingを昨年より詳細に調べる。その際には、新たなaging markerとして、ピロール-2,3,4-トリカルボン酸（iso-PTCA）とピロール2,3,4,5-テトラカルボン酸（PTeCA）の含量を測定し、これらのマーカーがaging markerとして使えるかどうか調べる。これらの化合物は、aging markerとしてすでに報告されている（2013）。合成NMの三次元構造を解明するためにメラニン表面の酸化電位測定を合成NMに適用する。カテコールアミンとシステインの様々な比率で合成したDA-cysメラニン、DOPA-cysメラニン、DOPAC-cysメラニンを合成し、これらの表面活動電位を測定することにより我々が提唱しているcasing modelを証明する。

次年度の研究費の使用計画

高価な消耗品であるHPLCカラムの使用状況で、予想以上にHPLCカラムが長持ちしたため、買い換える必要がなかったため。
HPLCカラムは使用しなくても保存状態がよければ長持ちするために、買い置きをする。

研究成果

• [雑誌論文] TLR4 and NLRP3 inflammasome activation in monocytes by N-propionyl cysteaminylphenol-maleimide-dextran (NPCMD). (2014)
  • 著者名/発表者名: Mizote, Y., Wakamatsu, K., Ito, S., Uenaka, A., Ohue, Y., Kurose, K., Isobe, M., Ito, A., Tamura, Y., Honda, H., Yamashita, T., Nohara, S., Oka, M., Jimbow, K., Nakayama, E.
  • 雑誌名: J. Dermatol. Sci. 巻: 73 ページ: 76-87
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2013.11.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sex-specific phenotype integration: endocrine profiles, coloration and behavior in fledgling boobies. (2014)
  • 著者名/発表者名: Fargallo, J.A., Velando, A., L., Lopez-Rull, I., Ganan, N., Lifshiz, N., Wakamatsu, K., Torres, R.
  • 雑誌名: Behavioral Ecology 巻: 25 ページ: 76-87
  • DOI: 10.1093/beheco/art088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterospecific female mimicry in ficedula flycatchers. (2014)
  • 著者名/発表者名: Calhim, S., Adamik, P., Jarvisto, P, P., Leskinen, P., Torok, J., Wakamatsu, K., Laaksonen, T.
  • 雑誌名: J. Evol. Biol. 巻: 27 ページ: 660-666
  • DOI: 10.1111/jeb.12328
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mouse brown (b/Tyrp1b) allele does not affect pheomelanin synthesis in mice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirobe, T., Ito, S., Wakamatsu, K., Kawa, Y., Abe, H.
  • 雑誌名: Zool. Sci. 巻: 31 ページ: 53-63
  • DOI: 10.2108/zsj.31.53
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variants in melanogenesis-related genes associated with cancer risk among Japanese populations. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshizawa, J., Abe, Y., Oiso, N., Fukai, K., Hozomi, Y., Nakamura, T., Narita, T., Motokawa, T., Wakamatsu, K., Ito, S., Kawada, A., Tamiya, G., Suzuki, T.
  • 雑誌名: J. Dermatol. 巻: 41 ページ: 296-302
  • DOI: 10.1111/1346-8138.12432
  • 査読あり
• [雑誌論文] Buthionine sulfoximine diverts the melanogenesis pathway toward the production of more soluble and degradable pigments. (2014)
  • 著者名/発表者名: Galvan, I., Wakamatsu, K., Alonso-Alvarez, C., Solano, F.
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. Lett. 巻: 24 ページ: 2150-2154
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2014.03.031
  • 査読あり
• [雑誌論文] HPLC estimation of cross-linking of dihydroxyindole moiety in eumelanin. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ito, S., Wakamatsu, K., Glass, K., Simon, J. D.
  • 雑誌名: Anal. Biochem. 巻: 434 ページ: 221-225
  • DOI: 10.1016/j.ab.2012.12.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoaging of human retinal pigment epithelium is accompanied by oxidative modification of its eumelanin. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ito, S., Pilat, A., Gerwat, W., Skumatz, C.M.B., Ito, M., Kiyono, A., Zadlo, A., Nakanishi, Y., Kolbe, L., Burke, J.M., Sarna, T., Wakamatsu, K.
  • 雑誌名: Pigment Cell Melanoma Res. 巻: 26 ページ: 357-366
  • DOI: 10.1111/pcmr.12078
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sexual dimorphism in melanin pigmentation, feather coloration and its heritability in the barn swallow (Hirundo rustica). (2013)
  • 著者名/発表者名: Saino, N., Romano, M., Rubolini, D., Teplitsky, C., Ambrosini, R., Caprioli, M., Canova, L., Wakamatsu, K.
  • 雑誌名: Plos One 巻: 8 ページ: e58024
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0058024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Viability is associated with melanin-based colouration in the barn swallow (Hirundo rustica). (2013)
  • 著者名/発表者名: Saino, N., Romano, M., Rubolini, D., Ambrosini, R., Caprioli, M., Milzani, A., Costanzo, A., Colombo, G., Canova, L., Wakamatsu, K.
  • 雑誌名: Plos One 巻: 8 ページ: e60426
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0060426
  • 査読あり
• [雑誌論文] Melanoma-targeted chemothermotherapy and in situ peptide immunotherapy through HSP production by using melanogenesis substrate, NPrCAP, and magnetite nanoparticles. (2013)
  • 著者名/発表者名: Jimbow, K., Ishii-Osai, Y., Ito, S., Tamura, Y., Ito, A., Yoneta, A., Kamiya, T., Yamashita, T., Honda, H., Wakamatsu, K., Murase, K., Nohara, S., Nakayama, E., Hasegawa, T., Yamamoto, I., Kobayashi, T.
  • 雑誌名: J. Skin Cancer 巻: 2013 ページ: 174-180
  • DOI: 10.1155/2013/742925
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrational characterization of pheomelanin and trichochrome F by Raman spectroscopy. (2013)
  • 著者名/発表者名: Galvan, I., Jorge, A., Solano, F., Wakamatsu, K.
  • 雑誌名: Spectrochimica Acta Part A Molecular and Biomolecular Spctroscopy 巻: 110 ページ: 55-59
  • DOI: 10.1016/j.saa.2013.03.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mouse ruby-eye 2d (ru2d/Hps5ru2-d) allele inhibits eumelanin but not pheomelanin synthesis. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirobe, T., Ito, S., Wakamatsu, K.
  • 雑誌名: Pigment Cell Melanoma Res. 巻: 26 ページ: 723-726
  • DOI: 10.1111/pcmr.12118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Melanins and melanogenesis: methods, standards, protocols (2013)
  • 著者名/発表者名: d’Ischia, M., Wakamatsu, K., Napolitano, A., Briganti, S., Garcia-Borron, J-C., Kovacs, D., Meredith, P., Pezzella, A., Picardo, M., Sarna, T., Simon, J.D., Ito, S.
  • 雑誌名: Pigment Cell Melanoma Res. 巻: 26 ページ: 616-633
  • DOI: 10.1111/pcmr.12121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sexually dimorphic melanin-based colour polymorphism, feather melanin content, and wing feather in the barn owl ‘Tyto alba’. (2013)
  • 著者名/発表者名: Roulin, A., Mangels, J., Wakamatsu, K., Bachmann, T.
  • 雑誌名: Biol. J. the Linnean Soc. 巻: 109 ページ: 562-573
  • DOI: 10.1111/bij.12078
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptation of pelage color and pigment variations in Israel subterranean blind mole rats, Splax ehrenbergi. (2013)
  • 著者名/発表者名: Singaravelan, N., Ratz, S., Tzur, S., Belifante, S., Pavlicek, T., Beiles, A., Ito, S., Wakamatsu, K., Nevo, E.
  • 雑誌名: Plos One 巻: 8 ページ: e69346
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0069346
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman Spectroscopy as a non-invasive technique for the quantification of melanins in feathers and hairs. (2013)
  • 著者名/発表者名: Galvan, I., Jorge, A., Ito, K., Tabuchi, K., Solano, F., Wakamatsu, K.
  • 雑誌名: Pigment Cell melanoma Res. 巻: 26 ページ: 917-923
  • DOI: 10.1111/pcm.12140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutral pH and copper ions promote eumelanogenesis after the dopachrome stage. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ito, S., Suzuki, N., Takebayashi, S., Commo, S., Wakamatsu, K.
  • 雑誌名: Pigment Cell Melanoma Res 巻: 26 ページ: 817-825
  • DOI: 10.1111/pcmr.12137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reptiles produce pheomelanin: Evidence in the Eastern Hermann’s Tortoise (Eurotestudo boettgeri). (2013)
  • 著者名/発表者名: Roulin, A., Mafli, A., Wakamatsu, K.
  • 雑誌名: J. Herpetol. 巻: 47 ページ: 258-261
  • DOI: 10.1670/12-028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Melanin characterization suggests that the ‘brown’ phenotype in alpaca (Vicugna pacos) is predominantly pheomelanic. (2013)
  • 著者名/発表者名: Cransberg R., Wakamatsu K., Munyard K.
  • 雑誌名: Small Ruminant Res. 巻: 114 ページ: 240-246
  • DOI: 10.1016/j.smallrumres.2013.07.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of diagenesis and mutation on the survival of eumelanin in the fossil record. (2013)
  • 著者名/発表者名: Glass, K., Ito, S., Wilby, P. R., Sota, T., Nakamura, A., Bowers, C. R., Miller, K. E., Dutta, S., Summons, R. E., Briggs, D. E.G., Wakamatsu, K., Simon, J. D.
  • 雑誌名: Organic Geochem. 巻: 64 ページ: 29-37
  • DOI: 10.1016/j.orggeochem.2013.09.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] メラニンの化学 微量分析法の開発とUVAおよび加熱によるメラニンの分解反応 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若松一雅、伊藤祥輔
  • 雑誌名: Aesthertic Dermatology 巻: 23 ページ: 63-73
  • 査読あり
• [雑誌論文] メラニンの化学 化学的微量分析法の開発とその応用例 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若松一雅
  • 雑誌名: Visual Dermatology 巻: 12 ページ: 601-607
  • 査読あり
• [学会発表] 酸化ストレスと抑うつに関する一考察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤康宏、原口紗衣、伴光雅、伊藤祥輔、若松一雅
  • 学会等名: 第24回生物試料分析科学会年次学術集会
  • 発表場所: 鈴鹿医療科学大学千代崎キャンパス、鈴鹿市
  • 年月日: 20140301-20140302
• [学会発表] 様々な脳領域に存在するニューロメラニンの化学分解法を用いた構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若松一雅、田渕啓佑、田中ひとみ、Fabio A. Zecca、Luigi Zecca、伊藤祥輔
  • 学会等名: 第25回日本色素細胞学会学術大会
  • 発表場所: 大阪大学、吹田市
  • 年月日: 20131116-20131117
• [学会発表] 中性pHと銅イオンはドーパクロム以降のユーメラニン形成を促進する (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤祥輔、鈴木菜摘、竹林史織、Stéphane Commo、若松一雅
  • 学会等名: 第25回日本色素細胞学会学術大会
  • 発表場所: 大阪大学、吹田市
  • 年月日: 20131116-20131117
• [学会発表] チロシナーゼのS-パルミトイル化はその分解を制御しメラニン生成を調整する (2013)
  • 著者名/発表者名: ：仁木洋子、深田正紀、深田優子、奥 慎一郎、岡村千絵子、竹内聖二、若松一雅、伊藤祥輔、錦織千佳子、Lieve Declercq、Daniel B. Yarosh、齋藤尚亮
  • 学会等名: 第25回日本色素細胞学会学術大会
  • 発表場所: 大阪大学、吹田市
  • 年月日: 20131116-20131117
• [学会発表] 量子化学計算からの5,6-dihydroxyindoleの光吸収特性の重合度と酸化度への依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 増田吉弘、奥田英和、小池謙造、門田圭司、中村隆仁、若松一雅、伊藤祥輔、宗田孝之
  • 学会等名: 第25回日本色素細胞学会学術大会
  • 発表場所: 大阪大学、吹田市
  • 年月日: 20131116-20131117
• [学会発表] マウスルビーアイ2d遺伝子は黒色メラニン生成を抑制するが黄色メラニン生成には影響しない (2013)
  • 著者名/発表者名: 広部知久、伊藤祥輔、若松一雅
  • 学会等名: 第84回日本動物学科
  • 発表場所: 岡山大学、岡山市
  • 年月日: 20130926-20130928
• [学会発表] Degradative approach to the structure of neuromelanins. (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Wakamatsu, K. Tabuchi, H. Tanaka, S. Ito
  • 学会等名: 18th Meeting of the European Society for Pigment Cell Research
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
  • 年月日: 20130909-20130912
• [学会発表] (Photo)degradation of eumelanin and pheomelanin and its physiological implication (2013)
  • 著者名/発表者名: Ito, S., Wakamatsu, K
  • 学会等名: 18th Meeting of the European Society for Pigment Cell Research
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
  • 年月日: 20130909-20130912
• [学会発表] 新規製剤N-propionyl cysteaminylphenol-maleimid-dextran (NPCMD)による免疫応答賦活効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 横手雄、若松一雅、伊藤祥輔、上中明子、黒瀬浩史、大植祥弘、西尾祐実、岡三喜男、神保孝一、中山睿一
  • 学会等名: 第17回日本がん免疫学会総会
  • 発表場所: ANAクラウンプラザホテル宇部、宇部市
  • 年月日: 20130703-20130705