アミノ酸ミックスのパワー！
〜チロシンがロイシンをブースト？！〜
〜チロシンがロイシンをブースト？！〜
ロイシンというアミノ酸が筋タンパク合成に深く関わっていることはよく知られています。
ロイシンはBCAA（分岐鎖アミノ酸）の一つです。
💊新しい実験で、チロシンをロイシンに加えると、アナボリック（筋蛋白同化）反応が大幅に促進されることが判明しました。
🔸アウトライン
⭐筋タンパク合成のシグナルがさまざまなアミノ酸で強化するかどうかをみます。
ロイシンはmTOR複合体1（mTORC1）の活性化を介して筋肉のタンパク質合成を刺激する必須アミノ酸です。
この研究では、ロイシンによるmTORC1シグナリングの活性化を強化するアミノ酸を特定し、その効果を検証しました。
その結果、チロシンがロイシンによるS6キナーゼ（S6K）のリン酸化（mTORC1活性の指標）を強化することが見出されました。
🔸マウス実験
- 研究者たちは、C2C12細胞、マウスから分離した筋肉、およびロイシンとチロシンを経口摂取したマウスで実験を行いました。
- チロシン単体ではS6Kリン酸化に影響を与えませんでしたが、ロイシンと組み合わせた場合、S6Kリン酸化が顕著に増加しました。
- ロイシンとチロシンの組み合わせは、筋肉細胞の直径と総タンパク質レベルの両方を増加させました。
🔸チロシンのロイシン・ブースター効果
- この研究は、チロシンがロイシンによって引き起こされるmTORC1シグナリングの活性化を強化することを示しています。これは、ロイシン単独では見られない効果です。
⭐チロシンによるこの「ブースター効果」は、筋肉アナボリック反応の理解を深め、栄養補助や筋肉増強戦略の開発に役立つ可能性があります。
🔸注意点
ヒトでチロシン＋ロイシンの筋タンパク合成を測る実験はこれからとなります。
💊ロイシンの筋タンパク合成促進効果
ロイシンは筋タンパク合成を促進し、筋肉成長に寄与することが多くの研究によって示されています。
ヒト対象の実験だけでも結構ありますので抜粋しておきます。
Liらによる2011年の研究では、ロイシンが骨格筋と脂肪組織のタンパク質合成を促進し、動物の栄養と臨床応用に有益であるとされています。
また、Drummondら（2009）は、ロイシンを豊富に含む必須アミノ酸と抵抗運動（筋トレ）が、それぞれ独立してヒトの骨格筋のタンパク質合成を刺激し、運動後の摂取でさらに大きな増加が見られることを発見しました。
Duanら（2015）によると、ロイシンはミトコンドリアの生合成を促進し、細胞呼吸とエネルギー分配を高めることで、タンパク質合成を刺激します。
Shimomuraら（2006）も、ロイシンがヒトとラットの骨格筋のタンパク質合成を強く促進することを確認しています。
Di Camilloら（2014）によると、ロイシンはインスリン活性化GSK3αのリン酸化とヒト骨格筋細胞におけるグリコーゲン合成を促進します。
また、Adeva-Andanyら（2021）は、L-ロイシンがTORを活性化してタンパク質合成を開始するが、グルカゴンがこの過程を抑制し、加齢に伴うサルコペニアに寄与するかもしれないことを示しています。
GorissenとPhillips（2019）は、ロイシンが筋タンパク質合成を刺激し、筋肉成長を促進するシグナル分子として機能することを述べています。
これらの研究は、ロイシンが人間の筋肉アナボリックシグナリングにおいて重要な役割を果たしていることを示しています。
💊ロイシンが筋タンパク合成を促進するメカニズム
🔸 mRNA翻訳の開始のアップレギュレーション:
KimballとJefferson（2006）によると、ロイシンはmRNA翻訳の開始をアップレギュレーションすることで筋タンパク質合成を刺激し、これによってmTOR経路が活性化されます。
🔸 mTOR経路の活性化:
ロイシンはmTOR経路の活性化に関与し、翻訳抑制因子4E-BP1とリボソームタンパク質S6キナーゼS6K1のリン酸化を増加させ、これによってmRNA翻訳が活性化されます（Kimball & Jefferson, 2002）。
🔸 eIF4E-eIF4Gの組み立てとリン酸化の強化:
Bolsterら（2004）の研究では、ロイシンがmTORとは独立したシグナル伝達経路を介してeIF4E-eIF4Gの組み立てとリン酸化を強化することで筋タンパク質合成を刺激すると報告されています。
🔸 mTORとRaptorの相互作用:
また、ロイシンはmTORのリン酸化部位とRaptorとの相互作用を変更することで作用するとされています（Roberson, Jefferson, & Kimball, 2022）。
🔸 アミノ酸トランスポーターLAT1の発現の促進:
Nakaiら（2018）によると、ロイシンはmTOR経路を活性化し、アミノ酸トランスポーターLAT1の発現を促進することでアミノ酸の取り込みを強化し、筋タンパク質合成を増加させます。
これらの研究は、ロイシンが筋タンパク質合成において重要なシグナル分子であり、複数の分子機構を通じてこのプロセスを促進することを示しています。
💊ロイシン単体 vs BCAA
ロイシンは、BCAAの中でも最も筋タンパク質合成を刺激する能力が高いとされています。Yoshizawa（2012）によると、ロイシンはイソロイシンやバリンと比較して筋タンパク質合成をより強力に刺激します。ロイシンはmTOR経路を活性化し、eIF4Gのリン酸化を通じて翻訳の開始を強化することで、直接的に筋タンパク質合成を促進する可能性があるとBolsterら（2004）は述べています。しかし、Anthonyら（2000）の研究では、食事制限状態のラットにおいて、ロイシン単独の投与が筋タンパク質合成を刺激することが示されたものの、この効果は一過性のものであり、全ての研究者によって観察されるわけではないことが指摘されています。
また、Mero（1999）の研究では、1日あたりのタンパク質摂取量を1.26g/kg体重とし、これにロイシンを50mg/kg体重/日として加えることで、パワートレーニングを行うアスリートの血清ロイシンレベルの減少を防ぐことが示されています。NortonとLayman（2006）は、ロイシンが運動後の筋タンパク質の合成を調節し、インスリンと協調して生理的状態と食事摂取との関連でタンパク質合成を調整することを示しています。
これらの研究結果を合わせて考えると、ロイシン単体の摂取はBCAAの摂取と比較して、筋タンパク質合成を促進する上で特に重要であるということが示唆されます。しかし、筋タンパク質合成に対するロイシンの効果は、BCAA全体との比較ではなく、個別のBCAA成分との比較で見るべきかもしれません。
さらに、BCAAが筋タンパク質合成に与える影響は、アトロフィー（筋委縮）モデルによって異なる可能性があることから、BCAA単体では筋タンパク質合成を刺激しない、またはアナボリック応答を引き起こさないというWolfe（2017）の主張も重要です。
💊ロイシン以外のアミノ酸と筋タンパク合成
ロイシン以外にも、筋タンパク質合成を促進するアミノ酸が存在します。例えば、必須アミノ酸全体が筋タンパク質合成を促進することが知られており、特にロイシンと豊富に含まれる必須アミノ酸のサプリメントは、mTORシグナル伝達経路を刺激し、筋タンパク質合成を促進する可能性があります（Definitions, 2020）。また、Drummondら（2009）は、必須アミノ酸と抵抗運動（筋トレ）が独立して人間の骨格筋のタンパク質合成を刺激し、ロイシンが豊富な必須アミノ酸はさらに大きな増加をもたらすことを報告しています。
加えて、ポジティブな効果はロイシン単体ではなく、ロイシンが豊富なアミノ酸混合物やタンパク質によってより効率的にもたらされることも示唆されています（Balage & Dardevet, 2010）。さらに、Haegensら（2011）によると、ロイシン、イソロイシン、バリン、アラニン、アスパラギン、フェニルアラニン、セリン、グルタミン、スレオニンなどの他のアミノ酸も筋線維タンパク質の特異的な合成を刺激すると報告されています。
これらの研究は、ロイシン以外のアミノ酸も筋タンパク質合成に重要な役割を果たしていることを示唆しています。
一般にはロイシン豊富な必須アミノ酸のサプリメントが筋タンパク質合成を効果的に促進する可能性があります。
💊今回登場したチロシン
近年の研究によると、チロシン摂取には筋タンパク質合成刺激以外にも様々な一般的ベネフィットがあります：
🔸1. 認知機能の向上:
Kühnら（2017）によると、チロシン摂取は若年者および高齢者の作業記憶、流動性知能、エピソード記憶を改善することが関連しています。
🔸2. 延長した覚醒状態でのパフォーマンスの向上:
Neriら（1995）によると、チロシン摂取は延長した覚醒状態でのパフォーマンス低下を緩和し、集中力の喪失の確率を減少させることが示されています。
🔸3. 寒冷環境下での作業記憶の向上:
Mahoneyら（2007）は、チロシン摂取が寒冷環境での作業記憶の低下を軽減し、情報処理をより迅速かつ正確に行うことを促進すると報告しています。
🔸4. 短期的なストレスや認知的要求の高い状況での認知パフォーマンスの向上:
Jongkeesら（2015）は、チロシン摂取が短期的なストレス状況や認知的要求の高い状況での認知パフォーマンスを向上させることを示しています。
🔸5. 認知制御タスクでのパフォーマンス向上:
Colzatoら（2013）によると、チロシン摂取はより要求の高い認知制御タスクでのパフォーマンスを促進します。
これらの研究は、チロシン摂取が認知機能、特に作業記憶や認知制御に関連するタスクでのパフォーマンスを向上させる可能性があることを示唆しています。
---
今回、特筆すべきはロイシンにチロシンを付加することにより、かなり少ないアミノ酸摂取量で筋タンパク合成促進効果が得られたということです。
もちろんまだマウス実験の段階ですが、ロイシン摂取におけるヒトでの知見が結構あることを考えると、チロシンのブースター効果はヒトでも有効かも知れません。
何より「自分に有効なら良い」という図式がスポーツを始めとする多くの領域で成り立ちます。
興味のある方はじっくり読んでみて下さいね。
この記事がライフスタイル改善の一助となれば幸いです。
またお友達にもこの記事を教えてあげて下さい。
Reference (出典)
1. Tamura, Kotaro, Hidefumi Kitazawa, Satoshi Sugita, Kohjiro Hashizume, Masazumi Iwashita, Takaaki Ishigami, Yoshihiko Minegishi, Akira Shimotoyodome, and Noriyasu Ota. "Tyrosine Is a Booster of Leucine-Induced Muscle Anabolic Response." Nutrients 16, no. 1 84. Accessed December 26, 2023. https://doi.org/10.3390/nu16010084.
2. Li, Fengna, Yulong Yin, B. Tan, X. Kong, and Guoyao Wu. "Leucine nutrition in animals and humans: mTOR signaling and beyond." Amino Acids 41 (2011): 1185-1193.
3. Drummond, M., H. Dreyer, C. Fry, E. Glynn, and B. Rasmussen. "Nutritional and contractile regulation of human skeletal muscle protein synthesis and mTORC1 signaling." Journal of applied physiology 106 4 (2009): 1374-84.[ロイシンの筋タンパク合成促進効果]
4. Duan, Y., Fengna Li, Hongnan Liu, Yinghui Li, Yingying Liu, X. Kong, Yuzhe Zhang, et al. "Nutritional and regulatory roles of leucine in muscle growth and fat reduction." Frontiers in bioscience 20 (2015): 796-813.
5. Shimomura, Y., Yuko Yamamoto, G. Bajotto, J. Sato, T. Murakami, N. Shimomura, Hisamine Kobayashi, and K. Mawatari. "Nutraceutical effects of branched-chain amino acids on skeletal muscle." The Journal of nutrition 136 2 (2006): 529S-532S.
6. Di Camillo, B., F. Eduati, S. Nair, A. Avogaro, and G. Toffolo. "Leucine modulates dynamic phosphorylation events in insulin signaling pathway and enhances insulin-dependent glycogen synthesis in human skeletal muscle cells." BMC Cell Biology 15 (2014): 9 - 9.
7. Adeva-Andany, M., C. Fernández-Fernández, Yosua López-Pereiro, Isabel Castro-Calvo, and Natalia Carneiro-Freire. "The effects of glucagon and the target of rapamycin (TOR) on skeletal muscle protein synthesis and age-dependent sarcopenia in humans." Clinical nutrition ESPEN 44 (2021): 15-25.
8. Gorissen, S., and Stuart M Phillips. "Branched-Chain Amino Acids (Leucine, Isoleucine, and Valine) and Skeletal Muscle." In Nutrition and Skeletal Muscle, 2019.[ロイシンの筋タンパク合成促進効果]
9. Kimball, S., and L. Jefferson. "Signaling pathways and molecular mechanisms through which branched-chain amino acids mediate translational control of protein synthesis." The Journal of nutrition 136, no. 1 Suppl (2006): 227S-31S. [ロイシンが筋タンパク合成を促進するメカニズム]
10. Kimball, S., and L. Jefferson. "Control of protein synthesis by amino acid availability." Current opinion in clinical nutrition and metabolic care 5, no. 1 (2002): 63-7.
11. Bolster, D., T. Vary, S. Kimball, and L. Jefferson. "Leucine regulates translation initiation in rat skeletal muscle via enhanced eIF4G phosphorylation." The Journal of nutrition 134, no. 7 (2004): 1704-10. [ロイシンが筋タンパク合成を促進するメカニズム]
12. Roberson, Paul A., L. Jefferson, and S. Kimball. "Convergence of Signaling Pathways in Mediating Actions of Leucine and IGF-1 on mTORC1 in L6 Myoblasts." American journal of physiology. Cell physiology (2022).
13. Kimball, S., and L. Jefferson. "Regulation of global and specific mRNA translation by oral administration of branched-chain amino acids." Biochemical and biophysical research communications 313, no. 2 (2004): 423-7.
14. Nakai, N., F. Kawano, T. Murakami, Ken Nakata, and Kazuhiko Higashida. "Leucine supplementation after mechanical stimulation activates protein synthesis via L‐type amino acid transporter 1 in vitro." Journal of Cellular Biochemistry 119 (2018): 2094 - 2101.
15. Manjarín, R., D. Columbus, Jessica Solis, A. Suryawan, Adriana D. Hernandez-García, H. Nguyen, M. Fiorotto, and T. Davis. "Long‐term Leucine and BCAA Inclusion in a 30% Protein and Energy Restricted Diet Increases mTORC1 Signaling in Skeletal Muscle of Neonatal Pigs." The FASEB Journal 30 (2016).
16. Yoshizawa, F. "New therapeutic strategy for amino acid medicine: notable functions of branched chain amino acids as biological regulators." Journal of pharmacological sciences 118, no. 2 (2012): 149-55.
17. Gorissen, S., and Stuart M Phillips. "Branched-Chain Amino Acids (Leucine, Isoleucine, and Valine) and Skeletal Muscle." In Nutrition and Skeletal Muscle, 2019. [ロイシン単体 vs BCAA]
18. Bolster, D., T. Vary, S. Kimball, and L. Jefferson. "Leucine regulates translation initiation in rat skeletal muscle via enhanced eIF4G phosphorylation." The Journal of nutrition 134, no. 7 (2004): 1704-10. [ロイシン単体 vs BCAA]
19. Anthony, J., F. Yoshizawa, T. Anthony, T. Vary, L. Jefferson, and S. Kimball. "Leucine stimulates translation initiation in skeletal muscle of postabsorptive rats via a rapamycin-sensitive pathway." The Journal of nutrition 130, no. 10 (2000): 2413-9.
20. Kimball, S., and L. Jefferson. "Signaling pathways and molecular mechanisms through which branched-chain amino acids mediate translational control of protein synthesis." The Journal of nutrition 136, no. 1 Suppl (2006): 227S-31S. [ロイシン単体 vs BCAA]
21. Matthews, D. "Observations of branched-chain amino acid administration in humans." The Journal of nutrition 135, no. 6 Suppl (2005): 1580S-4S.
22. May, M. E., and M. Buse. "Effects of branched-chain amino acids on protein turnover." Diabetes/metabolism reviews 5, no. 3 (1989): 227-45.
23. Mero, A. "Leucine Supplementation and Intensive Training." Sports Medicine 27 (1999): 347-358.
24. Norton, L., and D. Layman. "Leucine regulates translation initiation of protein synthesis in skeletal muscle after exercise." The Journal of nutrition 136, no. 2 (2006): 533S-537S.
25. Churchward-Venne, T., L. Breen, Danielle M Di Donato, Amy J. Hector, C. Mitchell, D. Moore, T. Stellingwerff, D. Breuillé, E. Offord, S. Baker, and Stuart M Phillips. "Leucine supplementation of a low-protein mixed macronutrient beverage enhances myofibrillar protein synthesis in young men: a double-blind, randomized trial." The American journal of clinical nutrition 99, no. 2 (2014): 276-86.
26. Liu, Z., L. Jahn, W. Long, D. Fryburg, L. Wei, and E. Barrett. "Branched chain amino acids activate messenger ribonucleic acid translation regulatory proteins in human skeletal muscle, and glucocorticoids blunt this action." The Journal of clinical endocrinology and metabolism 86, no. 5 (2001): 2136-43.
27. Wolfe, R. "Branched-chain amino acids and muscle protein synthesis in humans: myth or reality?" Journal of the International Society of Sports Nutrition 14 (2017).
28. Mantuano, P., Gianluca Bianchini, O. Cappellari, B. Boccanegra, E. Conte, F. Sanarica, A. Mele, G. Camerino, L. Brandolini, M. Allegretti, M. De Bellis, A. Aramini, and A. De Luca. "Ergogenic Effect of BCAAs and L-Alanine Supplementation: Proof-of-Concept Study in a Murine Model of Physiological Exercise." Nutrients 12 (2020).
29. Wilkinson, D., T. Hossain, D. Hill, B. Phillips, H. Crossland, J. Williams, P. Loughna, T. Churchward-Venne, L. Breen, Stuart M Phillips, T. Etheridge, J. Rathmacher, K. Smith, N. Szewczyk, and P. Atherton. "Effects of leucine and its metabolite β-hydroxy-β-methylbutyrate on human skeletal muscle protein metabolism." The Journal of Physiology 591 (2013): 2911 - 2923.
30. Vinci, P., F. G. di Girolamo, A. Mangogna, F. Mearelli, Alessio Nunnari, N. Fiotti, M. Giordano, M. Bareille, and G. Biolo. "Early lean mass sparing effect of high-protein diet with excess leucine during long-term bed rest in women." Frontiers in Nutrition 9 (2022).
31. Moberg, Marcus, W. Apró, B. Ekblom, G. van Hall, H. Holmberg, and E. Blomstrand. "Activation of mTORC1 by leucine is potentiated by branched-chain amino acids and even more so by essential amino acids following resistance exercise." American journal of physiology. Cell physiology 310, no. 11 (2016): C874-84.
32. Blomstrand, E., Jörgen Eliasson, H. Karlsson, and R. Köhnke. "Branched-chain amino acids activate key enzymes in protein synthesis after physical exercise." The Journal of nutrition 136, no. 1 Suppl (2006): 269S-73S.
33. Kobayashi, Hisamine, Hiroyuki Kato, Yuri Hirabayashi, H. Murakami, and Hiromi Suzuki. "Modulations of muscle protein metabolism by branched-chain amino acids in normal and muscle-atrophying rats." The Journal of nutrition 136, no. 1 Suppl (2006): 234S-6S.
34. Chae, M., H. Park, and Kyong Park. "Association between dietary branched-chain amino acid intake and skeletal muscle mass index among Korean adults: Interaction with obesity." Nutrition Research and Practice 15 (2021): 203 - 212.
35. "Leucine-Enhanced Essential Amino Acid Dietary Supplement." Definitions (2020).
36. Drummond, M., H. Dreyer, C. Fry, E. Glynn, and B. Rasmussen. "Nutritional and contractile regulation of human skeletal muscle protein synthesis and mTORC1 signaling." Journal of applied physiology 106, no. 4 (2009): 1374-84. [ロイシン以外のアミノ酸と筋タンパク合成]
37. Balage, M., and D. Dardevet. "Long-term effects of leucine supplementation on body composition." Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care 13 (2010): 265–270.
38. Haegens, A., A. Schols, Anon LM Essen, Luc JC Loon, and R. Langen. "Preferential stimulation of myofibrillar proteins by amino acids in absence of increased mTORC1 signaling." The FASEB Journal 25 (2011).
39. Kühn, S., S. Düzel, L. Colzato, K. Norman, J. Gallinat, A. Brandmaier, U. Lindenberger, and K. Widaman. "Food for thought: association between dietary tyrosine and cognitive performance in younger and older adults." Psychological Research 83 (2017): 1097-1106.
40. Neri, D. F., D. Wiegmann, R. Stanny, S. Shappell, A. McCardie, and D. L. McKay. "The effects of tyrosine on cognitive performance during extended wakefulness." Aviation, Space, and Environmental Medicine 66, no. 4 (1995): 313-9.
41. Mahoney, Caroline R., J. Castellani, F. M. Kramer, A. Young, and H. Lieberman. "Tyrosine supplementation mitigates working memory decrements during cold exposure." Physiology & Behavior 92 (2007): 575-582.
42. Jongkees, B., B. Hommel, S. Kühn, and L. Colzato. "Effect of tyrosine supplementation on clinical and healthy populations under stress or cognitive demands--A review." Journal of Psychiatric Research 70 (2015): 50-7.
43. Hase, Adrian, Sophie E. Jung, and M. Rot. "Behavioral and cognitive effects of tyrosine intake in healthy human adults." Pharmacology Biochemistry and Behavior 133 (2015): 1-6.
44. Colzato, L., B. Jongkees, R. Sellaro, W. Wildenberg, and B. Hommel. "Working Memory Reloaded: Tyrosine Repletes Updating in the N-Back Task." Frontiers in Behavioral Neuroscience 7 (2013).
45. Colzato, L., B. Jongkees, R. Sellaro, and B. Hommel. "Eating to stop: Tyrosine supplementation enhances inhibitory control but not response execution." Neuropsychologia 62 (2014): 398-402.
46. Steenbergen, L., R. Sellaro, B. Hommel, and L. Colzato. "Tyrosine promotes cognitive flexibility: Evidence from proactive vs. reactive control during task switching performance." Neuropsychologia 69 (2015): 50-55.