高次神経活動に係わる必須微量金属の代謝制御機構の解明-金属イオン膜輸送蛋白、メタロシャペロンを中心にして-

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15390182
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 齋藤 健 北海道大学, 大学院・医学研究科, 助教授 (40153811)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤田 博美 北海道大学, 大学院・医学研究科, 教授 (60142931) ; 細川 敏幸 北海道大学, 高等教育機能開発総合センター, 助教授 (00157025) ; 蔵崎 正明 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究科, 助手 (80161727)
• Keywords: 必須微量金属 / 金属イオン膜輸送蛋白 / メタロシャペロン / 老化 / 腸管吸収

Research Abstract

本研究では、1.銅、亜鉛、鉄などの必須微量金属の腸管吸収および脳への移行における金属イオン膜輸送蛋白およびメタロシャペロンの役割を明らかにすること、2.必須微量金属の脳内での局在と各金属イオン膜輸送蛋白、メタロシャペロンとの関連およびこれらの蛋白発現の制御分子を同定することにより、脳内微量金属代謝の制御機構を明らかにすること、3.微量金属、金属イオン膜輸送蛋白およびメタロシャペロンと中枢神経伝達機構、学習・記憶などの脳機能との関連などを詳細に検討し、その神経生理学的役割を明らかにすること、4.これらの研究成果を踏まえて、金属イオン膜輸送蛋白、メタロシャペロンの活性制御因子を利用した、神経変性疾患のマーカーの発見および老化に伴う脳機能低下の制御や予防・治療法の開発を図ることを目的する。
本年度は、第一に、亜鉛欠乏および過剰摂取動物を作成し、腸、肝臓、腎臓などの各種微量金属濃度をICP-MSを用いて測定した。その結果、亜鉛過剰摂取動物において、生体内の銅濃度の著しい減少が認められた。この銅濃度の減少に、銅イオン膜輸送蛋白およびメタロシャペロンの変動が関与しているかどうかを確認するために、各蛋白に特異的なペプチド断片を用いて特異抗体を作成し、ウエスタンブロットを行い、腸管での蛋白発現量を検討した。その結果、銅の腸管での吸収に関与する銅イオン膜輸送蛋白ATP7Aが、亜鉛過剰摂取群で減少することが明らかになった。このことは、亜鉛過剰摂取による銅吸収阻害に、銅膜輸送蛋白の変動が関与していることを示唆している。この亜鉛による銅膜輸送蛋白の制御機構の解明のために、腸管細胞の培養系を用いた実験を進めている。
第二に、老化に伴う脳機能低下に、微量金属、微量金属イオン膜輸送蛋白およびメタロシャペロンが関与するかを明らかにするために、老化促進マウス(SAMP10)を用いて、幼児期から老年期に至る脳内微量元素濃度を測定した。その結果、対照群に比較して、SAMP10群で加齢に伴う脳内亜鉛、銅濃度の低下が認められた。そこで、SAMP10の必須微量金属濃度の減少に、金属イオン膜輸送蛋白およびメタロシャペロンの変動が関与しているかどうかを検討するために、ウエスタンブロットおよびノザンブロットを行い、脳内での発現量の変動を検討した。その結果、海馬苔状線維末端での亜鉛の蓄積を担う亜鉛膜輸送蛋白ZnT3の顕著な減少が認められた。さらに、銅膜輸送蛋白およびメタロシャペロンの変動について検討している。

Research Products

• [Publications] Hosokawa, T.: "Imaging spatio-temporal patterns of long-term potentiation in mouse hippocampus"Philosophical Transactions of Royal Society of London Ser.B-Biological Sciences. 358. 689-693 (2003)
• [Publications] Horie, S.: "Contraction of isolated guinea-pig ileum by urotensin II via activation of ganglionic cholinergic neurons and acetylcholine release"Neuropharmacology. 45. 1019-1027 (2003)
• [Publications] Nemoto, T.: "Involvement of the system L amino acid transporter on uptake of S-nitroso--cysteine, an endogenous S-nitrosothiol, in PC12 cells"European Journal of Pharmacology. 458. 17-24 (2003)
• [Publications] Shimma, N.: "Possible role of interleukin-6 in PC12 cell death induced by MPP+ and tetrahydroisoquinoline"Journal of Pharmacological Sciences. 93. 471-477 (2003)