Mitochondria and chloroplasts as original sites of melatonin synthesis: a hypothesis related to melatonin’s primary function and evolution in eukaryotes

ミトコンドリアや葉緑体などは、生物におけるフリーラジカル発生の主要源であります。 このため、これらの小器官はフリーラジカルやそれに伴う酸化ストレスから強力に保護される必要がある。 メラトニンは、強力なフリーラジカル捕捉剤および抗酸化剤である。 ミトコンドリアおよび葉緑体の抗酸化物質としての基準を満たしている。 ミトコンドリアと葉緑体の両方がメラトニンを合成し、代謝する能力を持っている可能性を示す証拠が現れている。 メラトニン合成の律速酵素であるアリールアルキルアミンN-アセチルトランスフェラーゼ（AANAT）の活性がミトコンドリアで確認され、このオルガネラで高レベルのメラトニンが見つかっています。 進化の観点から見ると、ミトコンドリアの前身はおそらく紫色の非硫黄細菌、特にRhodospirillum rubrumであり、葉緑体はおそらくシアノバクテリアの子孫である。 これらの細菌は宿主である原始真核生物に共生し、次第に細胞小器官、すなわちミトコンドリアと葉緑体に変化し、真核細胞を誕生させることになった。 特に重要なのは、紫色の非硫黄細菌（R. rubrum）とシアノバクテリアの両方がメラトニンを合成することである。 また、メラトニン合成に必要な酵素活性もこれらの原始的な種で検出されている。 このことから、ミトコンドリアや葉緑体は、共生生物の初期にメラトニンを合成していた場所であり、この合成能力は、上記の細菌によって宿主の真核生物に持ち込まれたのではないかと推測される。 さらに、そのメラトニン生合成能は進化の過程で保存されてきた。 すべての細胞とは言わないまでも、ほとんどの細胞で、ミトコンドリアと葉緑体がメラトニン生成の主要な場であることに変わりはないのだろう。 他の細胞区画でのメラトニン生成は、ミトコンドリアと葉緑体から派生したのかもしれない。 この仮説に基づけば、植物が動物よりも一般的に高いメラトニン量を持つ理由も説明できる。 植物では、葉緑体とミトコンドリアの両方がメラトニンを合成していると考えられるが、動物の細胞にはミトコンドリアしかない。 ミトコンドリアと葉緑体から大量に分泌されるメラトニンは、これらの重要な細胞小器官を酸化ストレスから守り、その生理機能を維持するために利用されているのです。 ミトコンドリアと葉緑体の両方において、メラトニンの優れた有益な効果が頻繁に報告されています。