Establishment of dietary environment for regulation of higher brain function via control of protein metabolism

• Project/Area Number: 21K11628
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59040:Nutrition science and health science-related
• Research Institution: The University of Shiga Prefecture
• Principal Investigator: Fukuwatari Tsutomu 滋賀県立大学, 人間文化学部, 教授 (50295630)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: アミノ酸 / 脳神経科学 / 代謝 / 栄養学 / 食品 / 脳・神経

Outline of Research at the Start

タンパク質代謝の変動がアミノ酸代謝におよぼす影響，それに伴う脳機能調節におよぼす影響を明らかにすることを目的とする．異化代謝亢進モデル動物，腸疾患モデル動物，腸内細菌叢の変化時において，アミノ酸代謝変動のプロファイルと神経伝達調節因子キヌレン酸の変動について調べる．さらに，食餌によって脳内のキヌレン酸変動を制御することにより，高次脳機能におよぼす影響を評価する．食環境の改善によって穏やかに且つ適度な範囲内で脳内の代謝調節を行うことにより，高次脳機能低下の予防・軽減につながることが期待される．

Outline of Final Research Achievements

We investigated the effects of intermittent fasting and hormone-induced hypermetabolism on brain kynurenic acid production and peripheral tryptophan metabolism. Intermittent fasting lowered brain kynurenic acid levels and peripheral tryptophan catabolism. Furthermore, intermittent fasting suppressed high tryptophan diet-induced brain kynurenic acid production and peripheral tryptophan hypermetablosim. Thyroxine administration enhanced liver tryptophan catabolism but not brain kynurenic acid levels. These results showed that suppression of peripheral tryptophan catabolism and enhancement of liver tryptophan catabolism suppressed increase of brain kynurenic acid production, and thus suggest that control of protein metabolism can protect higher brain function.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は，末梢の代謝変動が高次脳機能に影響をおよぼす可能性を示すものであり，栄養学と脳神経科学を融合した新たな研究領域を開拓・展開するものである．食事や運動などの生活習慣によって末梢の代謝変動を調節することにより，脳神経疾患の発症予防，高次脳機能低下の予防・軽減につながる．さらには，高齢者の認知機能低下の予防・軽減に貢献するという社会的意義をもつ．

Research Products

• [Journal Article] Physiological Functions of Proteinogenic Amino Acid (2022)
  • Author(s): Furuya S, Fukuwatari T.
  • Journal Title: Journal of Nutritional Science and Vitaminology Volume: 68 Issue: Supplement Pages: S28-S30
  • DOI: 10.3177/jnsv.68.S28
  • ISSN: 0301-4800, 1881-7742
  • Year and Date: 2022-11-30
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] トリプトファン－NAD経路代謝産物キヌレン酸と脳神経機能 (2022)
  • Author(s): 福渡 努
  • Journal Title: ビタミン Volume: 96 Pages: 391-396
• [Journal Article] Effects of B-Group Vitamin Administration on Daily Change in Urine 2-Oxo Acids in Young Japanese Women (2021)
  • Author(s): Maho Hirai, Sho Hatayama, Motoki Kimata, Katsumi Shibata, Tsutomu Fukuwatari
  • Journal Title: Journal of Nutritional Science and Vitaminology Volume: 67 Issue: 1 Pages: 63-67
  • DOI: 10.3177/jnsv.67.63
  • NAID: 130007992437
  • ISSN: 0301-4800, 1881-7742
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 断続的断食が脳内キヌレン酸産生におよぼす影響 (2023)
  • Author(s): 加藤澄玲，伊藤江美，畑山翔，福渡努
  • Organizer: 第62回日本栄養・食糧学会近畿支部大会
• [Presentation] ラットにおける断続的断食が脳内キヌレン酸産生におよぼす影響 (2023)
  • Author(s): 畑山翔，加藤澄玲，伊藤江美，福渡努
  • Organizer: 第42回日本トリプトファン研究会学術集会
• [Presentation] チロキシン投与が末梢トリプトファン代謝および脳内キヌレン酸産生におよぼす影響 (2023)
  • Author(s): 加藤澄玲，坂柚月，畑山翔，福渡努
  • Organizer: 第77回日本栄養・食糧学会大会
• [Presentation] デキサメタゾン投与が脳内キヌレン酸産生におよぼす影響 (2022)
  • Author(s): 加藤澄玲，宮前里帆，梅田朱里，畑山翔，福渡努
  • Organizer: 第61回日本栄養・食糧学会近畿支部大会
• [Presentation] デキサメタゾン投与が全身のトリプトファン代謝におよぼす影響 (2022)
  • Author(s): 畑山翔，加藤澄玲，宮前里帆，梅田朱里，福渡努
  • Organizer: 日本トリプトファン研究会第41回学術集会
• [Presentation] 肝臓トリプトファン代謝変動が脳内キヌレン酸濃度におよぼす影響 (2022)
  • Author(s): 宮前里帆，加藤澄玲，梅田朱里，畑山翔，福渡努
  • Organizer: 第40回日本トリプトファン研究会学術集会
• [Presentation] トリプトファン－NAD経路代謝産物キヌレン酸と脳神経機能 (2021)
  • Author(s): 福渡努
  • Organizer: 日本ビタミン学会第73回大会
  • Invited