【研究室紹介】 山本研究室

生命理工学系にはライフサイエンスとテクノロジーに関連した様々な研究室があり、基礎科学と工学分野の研究のみならず、医学や薬学、農学等、幅広い分野で最先端の研究が活発に展開されています。

研究室紹介シリーズでは、ひとつの研究室にスポットを当てて研究テーマや研究成果を紹介。今回は、機能性食品素材とプロバイオティクスの開発を行っている、山本研究室です。

キーワード	機能性食品成分、プロバイオティクス、機能性ペプチド、乳酸菌の機能研究
WEBサイト	山本研究室

研究紹介

私たちの研究室では、食を通じて私たちの健康に役立つ成分（機能性食品成分）の研究をしています。特に、機能性乳酸菌や機能性ペプチドの研究に精力的に取り組んでいます。また、近年さまざまな機能性成分を評価するシステムを開発するための消化管に存在するセンシング分子の探索を行っています。

機能性ペプチド

私たちは日常的にさまざまな食品蛋白質を栄養素として摂取していますが、蛋白質分解酵素で分解して生産されるペプチドにはいろいろな生理機能をもつペプチドが生産されることが知られています。私たちの過去の研究では、乳蛋白質のカゼインを特殊なプロテアーゼで分解することで、血圧降下作用ペプチドVal-Pro-ProとIle-Pro-Proが生産されることを明らかにしています。生体内での作用メカニズム解析により、これらのペプチドは消化管から吸収された後に、肺や動脈に濃縮されることが分かりました（左図）。特に、血管内皮細胞に蓄積されることで（右図）、高血圧作用の一つの要因であるアンジオテンシン変換酵素を阻害し、高血圧を抑制する可能性が示されました(下図)。さらに、これらのペプチドは血液の凝固系の抑制や血管の柔軟性改善に効果があることが推測されました。別なペプチドでは、血圧降下作用のみならず神経に作用する可能性が推察され、消化管に存在する神経系のレセプターに作用する可能性があると考えられます。

乳酸菌の代謝解析

乳酸菌の機能性発現に関連する分子や遺伝子の解析と、その発現制御については詳細に解析を行っています。これらの解析を進めることで、乳酸菌の菌種や菌株に特異的な機能を理解し、また、新しい有用プロバイオティクスの開発につなげようとしています。例えば、発酵乳に生産されるペプチドによる蛋白質分解系の抑制にかかわる新規制御システムとして、BCARRシステムを発見しました。BCARRは蛋白質分解系の働き（I）により発酵乳内に蓄積されたペプチドが菌体内に取り込まれ（II）、各種ペプチダーゼによりアミノ酸に分解された後に（III）、アミノ酸がBCARRのACTドメインに結合することで（IV）、この複合体がCBSドメインを介してDNAに結合し（V）、そのことで下流の蛋白質分解系の転写効率を抑制するというものです。このように、乳酸菌は乳内や腸内環境に応答してさまざまな遺伝子の発現を制御しています。今後、新しい乳酸菌の機能開発を行うと同時に、このような重要因子の代謝解析を行っていきます。

プロバイオティクスに関する研究開発

腸管に直接作用する成分として腸内細菌が良く知られていますが、実は、腸内細菌の腸内での働きは充分には理解されていません。一方、乳酸菌などの有用菌の保健効果に関しては多くの研究が行われ、食品、医薬品、家畜用などに利用されています。私たちは、花粉症などのアレルギー症状の改善に有効な乳酸菌を動物での評価系を構築することで選抜することに成功し、その後、さまざまな人での症例試験において有効性を実証し、実用化に成功し、その後の普及が進んでいます。また、詳細なメカニズム解析により、この乳酸菌は小腸パイエル板の免疫組織の入り口に位置するM細胞の特異的分子に結合する成分を保有することで、M細胞に結合して免疫組織に取り込まれて、その後の免疫調節作用を効率的に行うことが出来ることを明らかにしました（下図）。現在、乳酸菌により異なる免疫調節作用がどのような乳酸菌の成分によるものかに関して、詳細な解析を進めています。

新規腸管機能分子の探索と機能解析

私たちの腸管には様々な栄養素を利用するための消化酵素や吸収のためのシステムがありますが、より高度な機能として、免疫機能、内分泌機能、神経機能をつかさどるための関連因子が消化管には存在すると考えられるようになりましたが、その実体は充分に明らかにされていません。わたしたちは、消化管に存在すると考えられるさまざまな機能性分子（センシング分子）を探索し、その役割解明を進めたいと考えています。すでに、免疫系に作用する乳酸菌や神経系に作用すると考えられるペプチドに関して報告していますが、今後、様々な腸管上のセンシング分子を発見することで、生体への機能が期待できる新規機能性分子の発見につながるものと考えています。

研究成果

• ＜機能性ペプチド研究＞
• [1] Matsuura, K., Gotou, T., Kawaguchi, K., Mizuno, S., and Yamamoto, N. (2017) Release of antihypertensive peptides, Val-Pro-Pro and Ile-Pro-Pro, in Blue, Dutch and Swiss cheeses, Milk Science, 66: 97-106.
• [2] Yamamoto, N. (2016) Value added milk by lactic acid bacteria fermentation. Milk Science. 65: 211-217.
• [3] Nakamura, T., Hirota, T., Mizushima, K., Ohki, K., Naito, Y., Yamamoto, N. and Yoshikawa, T. (2013) Milk-derived peptides, Val-Pro-Pro and Ile-Pro-Pro, attenuate atherosclerosis development in apolipoprotein e-deficient mice: a preliminary study. J Med Food. 16:396-403.
• [4] Kawaguchi, K., Nakamura, T., Kamiie, J., Takahashi, T. and Yamamoto, N. (2012) Accumulation of ACE inhibitory tripeptides, Val-Pro-Pro and Ile-Pro-Pro, in vascular endothelial cells. Biosci Biotechnol Biochem. 76:1792-1795.
• [5] Nakamura, T., Mizutani, J., Ohki, K., Yamada, K., Yamamoto, N, Takeshi, M. and Takazawa, K. (2011) Casein hydrolysate containing Val-Pro-Pro and Ile-Pro-Pro improves central blood pressure and arterial stiffness in hypertensive subjects: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Atherosclerosis. 219:298-303.
• [6] Kurosawa, M.T., Nakamura, Y., Yamamoto, N., Yamada, K. and Iketani, T. (2011) Effects of Val-Pro-Pro and Ile-Pro-Pro on nondipper patients: a preliminary study. J Med Food. 14:538-542.
• [7] Nakamura, T., Mizutani, J., Sasaki, K., Yamamoto, N. and Takazawa, K. (2009) Beneficial Potential of Casein Hydrolysate Containing Val-Pro-Pro and Ile-Pro-Pro on Central Blood Pressure and Hemodynamic Index. A Preliminary Study. J Med Food. 12:1221-1226.
• [8] Yamaguchi, N., Kawaguchi, K and Yamamoto, N. (2009) Study of the Mechanism of Antihypertensive Peptides VPP and IPP in Spontaneously Hypertensive Rats by DNA Microarray Analysis. European J Pharmacology, 620:71-77.
• [9] Inoue, K., Gotou, T., Mizuno, S. and Yamamoto, N. (2008) Release of antihypertensive peptides by adding of casein during miso paste fermentation. J. Bioscience and Bioengineering. 108:111-115.
• [10] Mizuno, S., Matsuura, K., Gotou, T., Nishimura, S., Kajimoto, O., Yabune, M., Kajimoto, Y. and Yamamoto, N. (2005) Antihypertensive effect of casein hydrolyzate prepared using an Aspergillus oryzae protease in a placebo-controlled clinical study for subjects with high-normal blood pressure and mild-hypertension. British J Nutr. 94:84-91.
• [11] Matuura, K., Mizuno, S., Nishimura, S., Gotou, T. and Yamamoto, N. (2005) Quantitative analysis of antihypertensive peptides, Val-Pro-Pro and Ile-Pro-Pro, in casein hydrolyzate with Aspergillus oryzae protease: an LC-MS method. Milchwissenschaft, 60:24-27.
• [12] Mizuno, S. and Yamamoto, N. (2004) Antihypertensive peptides from food proteins. Research Trends. 1, 43-54.

• ＜表層蛋白質・プロテアーゼ研究＞
• [1] Yamamoto, N., Wakai, T. (2017) Genome-wide motif predictions of BCAA-box in the amino-acid repressed genes of Lactobacillus helveticus CM4. BMC Microbiology. 17:224:
• [2] Wakai, T. and Yamamoto, N. (2013) A novel branched chain amino acids responsive transcriptional regulator, BCARR, negatively acts on the proteolytic system in Lactobacillus helveticus. PLoS One. 11;8(10):e75976.
• [3] Wakai, T., Shinoda, T., Uchida, N., Hattori, M., Nakamura, Y., Beresford, T., Ross, RP. and Yamamoto, N. (2013) Comparative analysis of proteolytic enzymes need for processing of antihypertensive peptides between Lactobacillus helveticus CM4 and DPC4571. J Biosci Bioeng.115:246-252.
• [4] Wakai, T., Yamaguchi, N., Hatanaka, M., Nakamura, Y. and Yamamoto, N. (2012) Repressive processing of antihypertensive peptides, Val-Pro-Pro and Ile-Pro-Pro, in Lactobacillus helveticus fermented milk by added peptides. J Biosci Bioeng. 114:133-137.
• [5] Gotou, T., Shinoda, T., Mizuno, S. and Yamamoto, N. (2009) Purification and identification of proteolytic enzymes from Aspergillus oryzae capable of the production of the antihypertensive peptide, Ile-Pro-Pro. J. Bioscience and Bioengineering. 107:615-619.
• [6] Yamamoto, N., Shinoda, T., Mizuno, S. (2004) Cloning and expression of an endopeptidase gene from Lactobacillus helveticus CM4 involved in processing antihypertensive peptides. Milchwissenschaft, 59:593-597.

• ＜機能性プロバイオティクス研究＞
• [1] Yanagihara, S., Fukuda, S., Kanaya, T., Nakato, G., Hanazato, M., Wu, X., Yamamoto, N. and Ohno, H. (2017) Uromodulin-SlpA binding dictates Lactobacillus acidophilus uptake by intestinal epithelial M cells. Int. Immunol. 29:357-463.
• [2] Yanagihara, S., Kato, S., Ashida, N. and Yamamoto, N. (2015) Lactobacillus acidophilus CP23 with weak immunomodulatory activity lacks anchoring structure for surface layer protein. J Biosci Bioeng. 119:521-525.
• [3] Yanagihara, S., Goto, H., Hirota, T., Fukuda, S., Ohno, H. and Yamamoto, N. (2014) Lactobacillus acidophilus L-92 cells activate expression of immunomodulatory genes in THP-1 cells. Bioscience of Microbiota, Food and Health, 33:157-164.
• [4] Goto, H., Sagitani, A., Ashida, N., Kato, S., Hirota, T., Shinoda, T. and Yamamoto, N. (2013) Anti-influenza virus effects of both live and non-live Lactobacillus acidophilus L-92 accompanied by the activation of innate immunity. Br J Nutr. 110:1810-1918.
• [5] Kuwana, R. and Yamamoto, N. (2012) Increases in GroES and GroEL from Lactobacillus acidophilus L-92 in response to a decrease in medium pH, and changes in cytokine release from splenocytes: Transcriptome and proteome analyses. J Biosci Bioeng. 114:9-16.
• [6] Yanagihara, S., Fukuda, S., Ohno, H. and Yamamoto, N. (2012) Exposure to probiotic Lactobacillus acidophilus L-92 modulates gene expression profiles of epithelial Caco-2 cells. J Med Food. 15:511-519.
• [7] Yanagihara, S., Hirota, T. and Yamamoto, N. (2012) Transcriptional response of Lactobacillus acidophilus L-92 after attachment to epithelial Caco-2 cells. J Biosci Bioeng. 114:582-585.
• [8] Hatanaka, M., Nakamura, Y., Maathuis, A.J., Venema, K., Murota, I. and Yamamoto, N. (2012) Influence of Bacillus subtilis C-3102 on microbiota in a dynamic in vitro model of the gastrointestinal tract simulating human conditions. Benef Microbes. 3:229-236.
• [9] Ashida, N., Yanagihara, S., Shinoda, T. and Yamamoto, N. (2011) Characterization of adhesive molecule with affinity to Caco-2 cells in Lactobacillus acidophilus by proteome analysis. J Biosci Bioeng. 112:333-337.
• [10] Ishida, Y., Nakamura, F., Kanzato, H., Sawada, D., Yamamoto, N., Kagata, H., Ohida, M., Takeuchi, H. and Fujiwara, S. (2005) Effect of milk fermented with Lactobacillus acidophilus strain L-92 on symptoms of Japanese cedar pollen allergy: A randomized placebo-controlled trial. Biosci Biotechnol Biochem. 69:1652-1660.
• [11] Ishida, Y., Baudou, I., Kanzato, H. and Yamamoto, N. (2003) Decrease in ovalbumin specific IgE of mice serum after oral uptake of lactic acid bacteria. Biosci Biotechnol Biochem. 67:951-957.
• [12] Shinoda, T., Kusuda, D., Ishida, Y., Ikeda, N., Kaneko, K., Masuda, O. and Yamamoto, N. (2001) Survival of Lactobacillus helveticus CP53 strain in the human gastrointestinal tract. Letters in Applied Microbiology, 32:108-113.

• ＜日本語論文＞
• [1] 山本直之（2017）Lactobacillus helveticusにおける血圧降下ペプチドの加工、Agricultural Biotechnology, 3:49-52.
• [2] 山本直之（2017）乳酸菌による抗アレルギー作用、Medical Science Digest、43: 33-37.
• [3] 山本直之（2016）Lactobacillus helveticusにおける血圧降下ペプチドの加工、アレルギーの臨床、1092-1095.
• [4] 山本直之（2015）Lactobacillus helveticusにおける血圧降下ペプチドの加工、細胞、47: 32-35.
• [5] 山本直之（2015）乳由来血圧降下素材の開発、化学と生物、53, 619-625.
• [6] 山本直之（2015）カルピスの開発と販売にまつわる秘話、酪農乳業史研究、11: 11-14.
• [7] 山本直之（2014）腸内細菌と食品開発、GI Research, 22: 50-55.
• [8] 山本直之（2014）乳酸菌における血圧降下ペプチドの生産と制御、バイオクリニカ 29: 82-86.
• [9] 山本直之 (2004)乳酸菌における血圧降下ペプチドの生産、Foods & Food Ingredients Journal of Japan 209: 774-779.
• [10] 池田なぎさ、金子京子、江尻昌弘、水谷潤、大島潔、梶本修身、高橋丈生、山本直之（2000）乳酸菌飲料摂取による便秘傾向を有する健常者の排便状況の改善効果、健康・栄養食品研究 3:59-68.
• [11] 石田 優、楠田大輔、池田なぎさ、金子京子、高野俊明、山本直之 (2000) ヒト腸管内で生残性の良いLactobacillus acidophilus L92株の単離とその性質、乳酸菌学会誌12:28-35.

教員紹介

山本直之 教授　博士（理学）

1984年	東京工業大学大学院 総合理工学研究科 修士課程修了
1984-85年	旭化成工業株式会社
1986-2016年	カルピス株式会社
2002年	東京工業大学博士（理学）取得
2016-17年	アサヒグループホールディングス株式会社
2017年	東京工業大学 生命理工学院 教授

受賞関係

2014年 日本農芸化学会 技術賞

所属学会

日本農芸化学会、日本乳酸菌学会、腸内細菌学会

教員からのメッセージ

• 山本研究室
• 研究室と研究テーマ

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