hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
体性感覚野の機能発達に関する研究

体性感覚野の機能発達に関して、3つの側面から研究を行った。すなわち、体性感覚野が機能領野として確立される過程を1)脳発生の初期の主として遺伝的プログラムによって遂行される時期と、個体の経験によって神経回路発達が調節される時期に分け、さらに、後者については、2)受容野のパターン形成に関する末梢入力による調節および、3)視床からの興奮性入力と皮質4層のニューロンが形成するシナプスの機能発達機構にわけ、それぞれ研究を行った。まず、1)については、体性感覚野に領域特異的に発現する遺伝子としてcadherin6が知られているが、その機能は不明であった。我々は、全胚培養系とelectroporationによる遺伝子導入法によりcadherin6が将来の体性感覚野となる初期終脳の領域の安定化に必須であることを明らかにした。この研究は、終脳の体性感覚マに特異的に発現する遺伝子をDNAチップにより網羅的に解析する研究、さらにcadherin6の領域特異的発現に必須なエンハンサーを、BACシステムを用いて単離する研究に発展している。2)体性感覚野には頬髭の受容野が皮質表面に対して垂直に配列したカラム構造が存在する。このカラムの配列パターンは末梢の相同な写像になっているが、その形成機構はまだ十分に明らかとなっていない。我々は、in uteroで頬髭の発生に必須なShhを、アデノウイルスベクターを胎児表皮に感染させることにより、頬髭のパターンを改変することに成功した。ついで、末梢のパターン変化が中枢側にどのように反映されるかを解析し、末梢のパターンが中枢のパターンを神経伝達路に沿って順次決定していることを明らかにした。3)体性感覚野の4層のニューロンは視床からの入力に依存し、出生直後の1週間ほどの臨界期にシナプスを発達させる。このシナプスは出生直後にはグルタミン酸受容体のうち、NMDA受容体のみを発現したサイレントシナプスとして存在しているが、神経活動依存性にAMPA受容体を含むシナプスに変換される。しかし、そのメカニズムについては不明であった。我々は、脳由来神経栄養因子BDNFに注目し、そのノックアウトマウスの急性脳切片の電気生理学的解析から、BDNFおよび神経活動が相乗的に作用することにより、この変換を促すことを明らかにした。BDNFはシナプスポスト側に存在するその受容体に作用し、カルシウムの上昇を引き起こすことが必須である。この研究は、現在、BDNFによるANPA受容体の細胞内輸送機構の解析に発展してい齧歯類の体性感覚野にあるバレル領域は頬髭の受容野であり頬髭に対する位相マップとなっている。このマップの発達は2段階で進行することが知られている。すなわち出生直後に視床から皮質第4層へ精度の粗い投射がおこり、ついで神経活動に依存して精密な機能地図へ変換される。この変換期は臨界期と呼ばれているが、我々は脳由来神経栄養因子、BDNFがこの変換過程で重要な役割を果たしていることを明らかにした。まず、規床-皮質投射を含む脳切片について膜電位依存性色素をもちいた光イメージング法およびパッチクランプによる電気生理学的解析法を適用し、初期の投射はNMDA受容体のみを持つ皮質ニューロンに対して形成され、機能的にサイレントシナプスと呼ばれる結合が形成されることを示した。臨界期の終了までにはこのシナプス結合はAMPA受容体を含む活性型のシナプスに変換される。しかしBDNFのノックアウトマウスではこの変換が認められず、発達の初期状態にとどまっていた。さらに、野生型マウスから調製した脳切片についてサイレントシナプスはLTP様の刺激でAMPA受容体を含む活性型のシナブスに変換されること、この変換過程はNMDA受容体の活性が必須であり、BDNFの受容体が有するチロシンキナーゼに対する阻害剤を皮質ニューロンに記録電極から投与すると変換が阻害されることを見いだした。一方、BDNFのノックアウトマウスの脳切片ではこの変換が生じなかった。以上のことから発達期における体性感覚野バレルの視床-皮質投射に存在するサイレントシナブスの活性化にはBDNFが必要であることが明らかとなった。

ついで、末梢のパターン変化が中枢側にどのように反映されるかを解析し、末梢のパターンが中枢のパターンを神経伝達路に沿って順次決定していることを明らかにした。3)体性感覚野の4層のニューロンは視床からの入力に依存し、出生直後の1週間ほどの臨界期にシナプスを発達させる。このシナプスは出生直後にはグルタミン酸受容体のうち、NMDA受容体のみを発現したサイレントシナプスとして存在しているが、神経活動依存性にAMPA受容体を含むシナプスに変換される。しかし、そのメカニズムについては不明であった。我々は、脳由来神経栄養因子BDNFに注目し、そのノックアウトマウスの急性脳切片の電気生理学的解析から、BDNFおよび神経活動が相乗的に作用することにより、この変換を促すことを明らかにした。BDNFはシナプスポスト側に存在するその受容体に作用し、カルシウムの上昇を引き起こすことが必須である。この研究は、現在、BDNFによるANPA受容体の細胞内輸送機構の解析に発展してい1.体性感覚野の機能発達におけるニューロトロフィンの役割を明らかにするために、脳切片をもちいて電気生理学的解析を行った。出生直後の1週間は臨界期と呼ばれ、末梢の入力に依存した中枢のシナプス可塑性が顕著である。解析の結果、視床から皮質第4層のニューロンに対する興奮性シナプスは、まずNMDA成分を主とするサイレント型から、神経活動依存性にAMPA成分を主とする活性型に変換されることが明らかにされた。脳切片においても、プレ側に刺激を加えると同時に、ポスト側の膜電位をNMDA受容体のマグネシウムブロックが解除される+40mVにシフトすると(ペアリング刺激)、サイレントシナプスを活性型に変換することが可能であった。ついで、脳由来神経栄養因子、BDNFのノックアウトマウスをもちいて発達過程を同様に調べたところ、サイレントシナプスの割合が高く、ペアリング刺激を加えても、活性型に変換することが出来なかった。興味深いことに、ペアリング刺激によりサイレントシナプスを活性型に変換する過程は、BDNFの受容体であるTrkBのチロシンキナーゼ活性を阻害するK-252aにより抑制され、その膜非透過型阻害剤であるK-252bをポスト側の細胞に記録電極から注入することによっても抑制された。さらに、BDNFのノックアウトマウスにおけるペアリング刺激による活性化の不成立は、BDNFを脳切片の還流液に添加(20ng/ml)することにより解消された。この結果は、サイレントシナプスの活性化にBDNFが必要であり、その作用はポストシナプスの受容体を介していることを示唆している。現在、BDNFがどのようなシグナル伝達過程を介して、AMPA受容体応答性を活性化しているのかについてさらに解析をすすめている。2.体性感覚野は頬髭の受容野であり、頬髭のパターンが位相を変えずに大脳皮質第4層に投射している。この中枢におけるパターンは、臨界期以前に末梢からの入力を遮断すると形成されなくなることから、末梢の入力に依存していると考えられる。一方、皮質の領域性に関する最近の研究から、皮質の領域性は末梢の入力とは独立に決定されることが明らかにされてきた。
走査型プローブ顕微鏡(SPM)による有機系分子の表面構造解析に関する研究

1.高分子表面の観察:エキシマレーザーによるアブレーション反応を利用して代表的な導電性高分子であるポリチオフェンの薄膜にパタ-ニングを行い、原子間力顕微鏡(AFM)によってパタ-ニングの形状を評価した。波長193mmのArFレーザーを用いることによってマイクロメーターオーダーの解像度のパタ-ニングができることが示された。また同様の実験を可溶性の導電性高分子であるポリアルキルチオフェン薄膜のパタ-ニングにも応用した。2.有機薄膜の観察:(1)マイカ基板上に作成したアラキン酸単分子膜を空気中および水中でAFM観察した。水中では分子解像度のAFM像が得られたが、空気中では安定な像は得られなかった。これは、水中ではカンチレバ-と単分子膜との付着仕事が空気中よりも小さいためと解釈した。(2)ガラス基板上に作成したポリジアセチレンLB膜のA型からB型への相転移をAFMによって追跡した。相転移に伴って一層当たりの薄膜が減少することが示されたが、これは相転移によって分子のパッキングがより密になるためと解釈した。(3)ガラス基板のシランカップリング処理によって作成した種々の低エネルギー個体表面に対する付着力をAFMによって評価し、それぞれの個体表面が与える接触角と比較することにより、付着力と接触角との関係を議論した。3.ポリペプチド分子の観察:磁場中でキャスト成形することによって配向させたポリ(γ-ベンジル-L-グルタメート)の薄膜を走査型トンネル顕微鏡(STM)によって観察した。その結果、分子の配向方向の異なる二つの領域の明瞭な境界が見つかった。1.高分子表面の観察:代表的な導電性高分子であるポリチオフェンフィルムをフォトマスクを通じて波長193nmのエキシマレーザー照射によりエッチングし、石英基盤上にポリチオフェンのマイクロパターンを形成することに成功した。AFM測定によりエッチングの分解能が数マイクロメーターであることが示された。導電性ポリマーはドーピングにより半導体から導電体までその電気的特性を変化させることができるので、マイクロエレクトロニクスへの応用が期待できる。2.有機薄膜の観察:マイカ基盤上に展開したアラキン酸単分子膜のAFMによる分子配列の観察に成功した。これまでに報告されているLB膜のAFMによる観察例はほとんどが2層以上の累積膜やタンパク質を下地としたもので、固体基盤上の単分子膜の分子配列の観測は初めてのことである。今回、単分子配列が観測されたのは水中でAFM測定を行うことによりAFM探針とLB膜との相互作用を減少させたことによるもので、今後この水中での測定が基盤上に展開した単分子膜を観察する場合の基本になると思われる。この結果は日本化学会第65春期年会(1993年3月)で発表する予定である。3.生体分子の観察:1)液晶状態で磁場配向させたポリ(γ-ベンジル-L-グルタメート)薄膜の配向分布をSTM観察により評価した。α-ヘリックスの分子軸は磁場の方向を中心に約50度の分布を示した。この結果は第42会高分子学会年次大会(1993年5月)で発表する予定である。2)光合成タンパク質の2次元単結晶の作製に成功した。電子顕微鏡では長さ1μmに達する単結晶も確認された。タンパク質の2次元単結晶のAFMによる観察は例がなく、AFMによる表面構造の詳しい測定ができれば光合成における反応サイトの特定が可能となる。1.高分子表面の観察:エキシマレーザーによるアブレーション反応を利用して代表的な導電性高分子であるポリチオフェンフィルムに1マイクロメーター以下の分解能でフォトエッチングを行うことに成功した。この結果は、第43回高分子学会年次大会(1994年5月)で発表する予定である。また、アントラセンをドープしたポリメチルメタクリレートフィルムのアブレーション機構を、AFM測定によって求めたエッチング深さのフルエンス依存性から考察した。

この結果は、第43回高分子学会年次大会(1994年5月)で発表する予定である。2.有機薄膜の観察:マイカ基盤上に展開したアラキン酸単分子膜のAFM観察における最適観察条件をAFM探針と膜分子との付着力の観点から考察した。この結果は、日本化学会第66秋期年会(1993年9月)およびTHE 3RD IUMRS INTERNATIONALCONFERENCE ON ADVANCED MATERIALS(1993年9月)で発表した。また、同国際会議のProceedings(IUMRS-ICAM-93)に投稿中である。また、両親媒性ルテニウム錯体の累積膜を水中でAFM観察し、安定に像を観察できる条件を確立した。この際、一分子層および二分子層に対応する欠陥を観察することに成功した。この結果は、日本化学会コロイドおよび界面化学部会の表面力研究会(1994年4月)で発表する予定である。3.生体分子の観察:磁場配向させたポリ(gamma-ベンジル-L-グルタメート)薄膜をSTM観察し、配向の異なる二つの領域を観察することに成功した。この結果は、第42回高分子学会年次大会(1993年5月)で発表した。
2020年の科学教育のあり方に関する企画調査研究

研究費の正確上、研究計画を1年で完了する必要があり、そのためプロジェクトメンバー間の意思疎通を円滑にするためにメーリングリストを活用して、情報の共有と連絡調整を行った。本研究において実施した研究の具体的内容は次の4つにまとめられる。1)外国現地調査IEAのTIMSSやOECEのPISAにおいて、それまで優位を保っていたわが国の子供たちの科学教育の学力に陰りが見られた。一方、それに代わって台頭してきた国としてシンガポール、フィンランド等の国々がある。そこで両国を訪問調査し現地の学校の先生方や父兄の意見を聴取するとともにカリキュラムや実際に使用している教科書についての情報を収集し分析を行った。2)小・中・高等学校教師に対するアンケート調査わが国の科学の教科(ここでは、算数/数学・理科・技術家庭・情報等、科学の学問領域をバックグラウンドとして持つ教科)を担当する現場の教師に対して、自らの問題意識のあり方と将来に対する希望や展望について明らかにしたいと考えアンケート調査を行った。アンケートはメンバーが個人的に知人の教師に依頼し、20名から回答を得ることができた。3)若手科学教育研究者による討論会の開催西暦2020年に研究の中心を担っているであろう、現在45歳以下の若手研究者に呼びかけ、西暦2020年頃の科学教育に対する提言や意見を発表しお互いに議論し合う討論会を企画し、2月20日に開催した。当日の意見発表参加者は、20名に上り、理科教育、数学教育の視点からの外、IT活用、教員養成、持続可能な社会への対応など様々な視点からの意見発表があり、将来の科学教育を考える際の貴重な提言が得られた。4)報告書の作成この研究種目では報告書の作成は義務づけられていないが、今回の研究成果を歴史のメルクマールとして残すという観点から、当初より報告書をとりまとめる方針で望み、外国調査の報告・わが国の現状報告、アンケート調査結果及び討論会の提言をまとめた報告書を作成し、関係者に配布した。
「糖尿病潜伏期」の病態解明と新規介入法の開発

現在までに、わずかな空腹時血糖値の増加が2型糖尿病の危険因子として示されてきた。しかしながら、軽度の空腹時血糖値上昇に関する病態生理は完全に解明されていない。我々は、軽度の空腹時血糖値上昇の期間を糖尿病潜在期と定義し、そのメカニズムを調査した。横断的、介入研究によりアルコール多飲が肝インスリン抵抗性を惹起し、軽度の空腹時血糖値の上昇に繋がることを明らかとした。これらの結果は、糖尿病潜在期にある者においては飲酒の制限が2型糖尿病発症予防効果を有する可能性を示唆している。(目的)糖尿病患者数は近年激増しており、より早期の予防策が望まれている。我が国に特徴的な非肥満者において「糖尿病潜伏期」に生じる異所性脂肪蓄積、インスリン抵抗性、インスリン分泌の変化を明らかとし、新規のオーダーメイド型の糖尿病発症の抑制法を考案することを目的とした。(方法)被験者に対して身長・体重・血圧測定、採血を行い、基準を満たした被験者を登録する。身体活動量はメモリー付加速度計(ライフコーダー;スズケン社製)及び質問紙(IPAQ)、食事内容(DHQ)、睡眠(ピッツバーグ睡眠テスト)は質問紙により検討する。体脂肪量、1HMRS法による前脛骨筋・ヒラメ筋・肝臓における細胞内脂質の定量、MRIによる腹腔丙脂肪・皮下脂肪量の定量、FMD法による血管内皮機能、超音波による頸動脈の内膜中膜複合体、外側広筋からの筋生検、安定同位体[6,6-2H21g]ucoseを用いた9時間連続で行う2ステップ高インスリン正常血糖クランプ検査(インスリン注入速度10mU/m2^/min、20mU/m^2/min)、75g経口糖負荷試験、エルゴメーターを用いたランプ負荷による最大酸素摂取量の測定を行う。(結果)現在までの解析で、空腹時血糖値の増加と肝臓におけるインスリン抵抗性に関連性が認められた。興味深いことに、空腹時高血糖の増加と耐糖能の増悪は必ずしも一致しておらず、空腹時血糖値とは独立した少なくとももう一つの要素が糖尿病発症に関連している可能性が考えられた。今後症例数を増やして、さらなる因果関係について検討を加える。体脂肪量、1H-MRS法による前脛骨筋・ヒラメ筋・肝臓における細胞内脂質の定量、MRIによる腹腔内脂肪・皮下脂肪量の定量、FMD法による血管内皮機能、超音波による頸動脈の内膜中膜複合体、外側広筋からの筋生検、安定同位体[6,6-2H2]glucoseを用いた9時間連続で行う2ステップ高インスリン正常血糖クランプ検査(インスリン注入速度10mU/m2/min、20mU/m2/min)、75g経口糖負荷試験、エルゴメーターを用いたランプ負荷による最大酸素摂取量の測定を行う。(結果)昨年度から、被験者数を増加させて行った解析でも、空腹時血糖値の増加と肝臓におけるインスリン抵抗性に関連性が認められた。また、肝臓のインスリン抵抗性に関わる因子として、アルコール量が重要である可能性が明らかとなった。今後、重回帰分析などでさらなる解析を加えると共に、アルコールに対する介入研究を進めていく。【目的】糖尿病患者数は近年激増しており、より早期の予防策が望まれている。昨年度までの検討によりアルコール摂取が肝インスリン抵抗性(IR)を惹起し、空腹時血糖値を増加させ、糖尿病潜在期を形成する一要因である可能性が示唆されたが、因果関係は不明である。そこで、肝IRに対するアルコール摂取の影響を明らかとすることを目的として研究を行った。【方法】対象は非糖尿病の男性で日常的にアルコールを摂取し、空腹時血糖値が95mg/dl以上の者10名。被験者に対して生活習慣の調査、1H-MRS法による肝細胞内脂質(IHL)の定量、[6,6-2H2]glucoseを用いた2ステップ高インスリン正常血糖クランプ(インスリン注入速度10、20mU/m2/minを各3時間)により肝臓、骨格筋のIRを個別に判定した。その後7日間のアルコール摂取を禁止し、前述の項目を再測定した。

【結果】7日間の禁酒の結果、肝IRと密接な関連がある空腹時血糖値は全例改善(103.6±11.1mg/dl→97.1±7.3mg/dl, P<0.01)し、IHLは有意に変化しなかった。クランプ検査の結果、骨格筋IRの指標は有意に改善しなかったが、肝インスリン感受性の指標である空腹時の内因性糖産生率(EGP)(2.18±0.17→2.05±0.14mg/kg/min, P<0.05)、クランプ1stステップにおけるEGP(1.11±0.45→0.70±0.39mg/kg/min, P<0.05)は有意に低下した。【結語】本検討において、非糖尿病の男性においてアルコール摂取制限は肝IRを改善し、空腹時血糖の低下をもたらすことが初めて示された。26年度が最終年度であるため、記入しない。糖尿病学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の予定通り、順調に計測が進んでいる。本年度は昨年度に引き続き、測定の継続と解析を行う。一部を論文化するとともに、前向きの介入研究を進める。
心血管系組織における活性酸素依存性細胞内情報伝達に関わる一酸化窒素の役割

神経型一酸化窒素合成酵素(NOS)由来NOは、平常時にはラジカルスカベンジャーとして心血管MAPキナーゼ活性化には抑制的に働いていている。一方でアンジオテンシンII暴露時には、NADPHオキシダーゼが関わる活性酸素産生系を強力に誘導されることから、神経型NOS由来NOとの反応によりperoxynitriteの産生増強が起り、これが逆に心血管MAPキナーゼの酸化ストレス依存性の活性化を引き起こしていた。これら成果から、心血管系酸化ストレスに及ぼす神経型NOSの相反する2面性が判明した。本年度は、(1)ラット生体及び(2)ラット血管平滑筋細胞(RVSMC)を対象として一酸化窒素(NO)合成阻害薬を用いることで、循環負荷時の心血管系組織における活性酸素依存性細胞内シグナル伝達機構に関わるNOの働きを検討した。(1)ラット生体を用いた急性及び慢性実験昇圧量のLNAMEを急性静脈内投与すると、大動脈におけるERK1/2、p38、JNKなどのMAPキナーゼファミリーの活性化を認めた。またこれらは、アンジオテンシンによる急性投与によるMAPキナーゼ活性化に見られるような活性酸素依存性は高度ではなかった。一方で、LNAMEを1週間飲水させたラット大動脈ではでMAPキナーゼリン酸化は正常に復すが、アンジオテンシンによって見られる活性化はほぼ完全に抑制されていた。これらのことから、NOは血管におけ活性酸素依存性MAPキナーゼ活性化に対して二面性効果を有していることが分かった。重要な知見は、NOは活性酸素を消去することで活性酸素依存性の細胞内シグナル伝達を抑制性に調整するだけでなく、活性酸素依存性シグナル伝達そのものに組み込まれている可能性を示唆するものである。(2)RVSMCを用いたアンジオテンシンMAPキナーゼ活性化経路さらに詳細にNOの活性酸素依存性細胞内シグナル伝達への関わりを検討するために、RVSMCで異なる3種の一酸化窒素合成酵素(NOS)阻害薬(LNAME,LNNA,LNA)の前処置によって、用量依存性にアンギオテンシンにより惹起されるMAPキナーゼ活性化への影響を検討した。すべてのNOS阻害薬はアンギオテンシンによるMAPキナーゼ活性化を抑制するほか、アンギオテンシン誘発活性酸素産生もLNAMEの前処置により激減することを確認した。このRVSMCを用いた検討を合わせて、NOは活性酸素産生系に重要な役割を担い、細胞内情報伝達系を構築していることが示唆された。次年度は、これらの結果を受け、細胞内活性酸素産生系を担うNOSサブタイプの検索をおこなうものとする。平成20年度は、神経型一酸化窒素合成酵素(nNOS)欠失マウス、nNOS阻害薬(L-VNIO)、peroxynitriteスカベンジャー(MnTBAP)などを用いて、血管における活性酸素依存性MAPキナーゼ活性化に関わるnNOS由来一酸化窒素(NO)の役割を詳細に検討した。平常時には、nNOS由来NOはラジカルスカベンジャーとして血管壁での活性酸素産生および血管MAPキナーゼ活性化には抑制的に働いていており、特にnNOS欠失マウスでは、血管MAPキナーゼのリン酸化体量は有意に多いものであった。一方でアンジオテンシンII(AngII)暴露時には、NADPHオキシダーゼが関わる活性酸素産生系を強力に誘導されることから、nNOS由来Noとの反応によりperoxynitriteの産生増強が起り、これが逆に血管MAPキナーゼの酸化ストレス依存性の活性化を引き起こしていることが判明した。また、心筋虚血再潅流障害に与える虚血プレコンディショニング効果を、nNOS欠失マウスと野生型マウスとの比較、あるいはL-VNIO、MnTBAP処置により、本メカニズムに関わるnNOS由来NOの役割を併せて検討した。心筋虚血再潅流障害はnNOS欠失マウスあるいはMnTBAP前処置により軽減されたが、一方で虚血プレコンディショニング効果はnNOS欠失マウスで消失していた。本年度の研究成果は、活性酸素依存性の心血管MAPキナーゼ活性化における平常時とAngII刺激時のNOの相反する2面性を明らかとし、そのNO産生を担うのは血管壁あるいは心筋での神経型NOSであることを示したことである。
結晶格子をスケールとするサブナノメートル測長・加工機の開発研究

無応力状態の結晶格子表面の格子間隔は約0.2nmで安定しており,これは普遍的な長さ基準になりうる.また,走査型トンネル顕微鏡(STM)は,実時間大気中で原子像を捉えることのできる顕微鏡である.そこで,結晶格子間隔そのものをスケールとし,STMを検出器として組み合わせれば,サブnmオーダの分解能をもつリニアケールが製作可能である.本研究ではこのリニアスケールの開発と格子間隔を基準とした数値制御加工機の可能性追求のために以下の事項を試みた.(1)極低熱膨張ガラスセラミクスを用いたSTMの改良と5μm超比較測長の可能性確認極低熱膨張ガラスセラミクス(線膨張率0.3×10^<-7>K^<-1>)を構造部材とするSTMを試作・改良したした.内部の温度変動が0.05°C以下なる恒温セルとこのSTMを組み合わせ,5μm超の原子像を取得することに成功し,このレベルまで結晶格子間隔を基準とする比較測長が可能なことを確認した.(2)広範囲精密XYステージ駆動法の開発数μmにわたって原子分解能を保持できるXYステージの駆動法を開発した.全走査領域を200個以上の微調走査領域に分けさらにその微調走査領域を50000点に分割し,全体を10^7点に分割し,全領域で原子像を確認した.(3) STM探針の結晶表面の原子配列を目標とするトラッキング制御の広範囲化STM探針の高速ディザー変調ロックイン同期検波法を用いて結晶格子像のXY軸方向の傾斜信号を得,それを基にSTM探針を特定の原子配列に沿ってトラッキングしながら動かす制御を行った.(2)の方法を組み合わせて,特定の結晶配列に沿ってSTM探針を最大100nmまで往復運動させる制御にも成功した.以上の実験を基に少なくとも5μmまで結晶格子を基準とする測長と位置決めの可能性を確認した.無応力状態の結晶格子表面の格子間隔は約0.2nmで安定しており,これは普遍的な長さ基準になりうる.また,走査型トンネル顕微鏡(STM)は,実時間大気中で原子像を捉えることのできる顕微鏡である.そこで,結晶格子間隔そのものをスケールとし,STMを検出器として組み合わせれば,サブnmオーダの分解能をもつリニアケールが製作可能である.本研究ではこのリニアスケールの開発と格子間隔を基準とした数値制御加工機の可能性追求のために以下の事項を試みた.(1)極低熱膨張ガラスセラミクスを用いたSTMの改良と5μm超比較測長の可能性確認極低熱膨張ガラスセラミクス(線膨張率0.3×10^<-7>K^<-1>)を構造部材とするSTMを試作・改良したした.内部の温度変動が0.05°C以下なる恒温セルとこのSTMを組み合わせ,5μm超の原子像を取得することに成功し,このレベルまで結晶格子間隔を基準とする比較測長が可能なことを確認した.(2)広範囲精密XYステージ駆動法の開発数μmにわたって原子分解能を保持できるXYステージの駆動法を開発した.全走査領域を200個以上の微調走査領域に分けさらにその微調走査領域を50000点に分割し,全体を10^7点に分割し,全領域で原子像を確認した.(3) STM探針の結晶表面の原子配列を目標とするトラッキング制御の広範囲化STM探針の高速ディザー変調ロックイン同期検波法を用いて結晶格子像のXY軸方向の傾斜信号を得,それを基にSTM探針を特定の原子配列に沿ってトラッキングしながら動かす制御を行った.(2)の方法を組み合わせて,特定の結晶配列に沿ってSTM探針を最大100nmまで往復運動させる制御にも成功した.以上の実験を基に少なくとも5μmまで結晶格子を基準とする測長と位置決めの可能性を確認した.無応力状態の結晶格子表面の格子間隔は約0.2nmで安定しており,これは普遍的な長さ基準になりうる.また,走査型トンネル顕微鏡(STM)は,実時間大気中で原子像を捉えることのできる顕微鏡である.そこで,結晶格子間隔そのものをスケールとし,STMを検出器として組み合わせれば,サブnmオーダの分解能をもつリニアスケールが製作可能である.本研究ではこのリニアスケールの開発と格子間隔を基準とした数値制御加工機の可能性追究のために以下の事項を試みた.(1)熱ドリフトフリーSTMの開発と恒温セルの試作極低熱膨張ガラスセラミクス(線膨張率0.3×10-7K-1)を構造部材とするSTMと恒温水を用いたアクティブ型恒温セルを試作した.セル内の温度変動を0.05°C以下とすることに成功し,この中にSTMをおいたときの熱ドリフト速度は従来に比べてに1/100に減少し,1nm/h以下となった.(2)結晶格子スケールと回析格子との比較従来型の走査法を変更し,測定軸と走査のFAST軸を一致させ,走査範囲を1.3μmまで拡大して光波干渉計で校正された回折格子のピッチ測定をHOPG結晶格子間隔を基に行った.光波干渉計の検定値(240nm)とHOPG結晶格子間隔を基準とする測定値は1%以内の誤差で一致した.(3)STM探針の原子頂点への静止制御のための基礎検討STM

探針の高速ディザ-走査とロックイン検波法を用いて結晶格子像のXY軸の微分像を得,それを基に位置決めを行う方式の検討を行い,ロックイン検波法でのS/N比の向上を図った.無応力状態の結晶格子表面の格子間隔は約0.2nmで安定しており,これは普遍的な長さ基準になりうる.また,走査型トンネル顕微鏡(STM)は,実時間大気中で原子像を捉えることのできる顕微鏡である.そこで,結晶格子間隔そのものをスケールとし,STMを検出器として組み合わせれば,サブnmオーダの分解能をもつリニアスケールが製作可能である.本研究ではこのリニアスケールの開発と格子間隔を基準とした数値制御加工機の可能性追求のために以下の事項を試みた.(1)極低熱膨張ガラスセラミクスを用いたSTMの改良と5mum超比較測長の可能性確認極低熱膨張ガラスセラミクス(線膨張率0.3×10-7K-1)を構造部材とするSTMを試作・改良した.昨年度試作した内部の温度変動が0.05°C以下と出来る恒温セル,このSTMをおいたときの熱ドリフト速度は0.5nm/h以下となった.これらの装置を組合せ,測定軸と走査のFAST軸を一致させる走査法で,5mum超の原子像を取得することに成功し,このレベルまで結晶格子間隔を基準とする比較測長が可能なことを確認した.(2)STM探針の結晶表面の原子配列を目標とする静止・運動制御STM探針の高速ディザ-変調とロックイン検波法を用いて結晶格子像のXY軸方向の傾斜信号を得,それを基に原子配列を目標にSTM探針の位置決めを行う方式の実験を行った.XY軸方向の傾斜信号を同時に検出し,それらが同時に0となるようにSTM探針を制御し,結果としてSTM探針を原子頂点へ静止制御させることに成功した.またXY軸方向の傾斜信号を実時間で組み合わせ,特定の結晶配列に沿ってSTM探針を往復運動させる制御にも成功した.以上の実験を基に少なくとも5mumまで結晶格子を基準とする測長と位置決めの可能性を確認した.無応力状態の結晶格子表面の格子間隔は約0.2nmで安定しており,これは普遍的な長さ基準になりうる.また,走査型トンネル顕微鏡(STM)は,実時間大気中で原子像を捉えることのできる顕微鏡である.そこで,結晶格子間隔そのものをスケールとし,STMを検出器として組み合わせれば,サブnmオーダの分解能をもつリニアスケールが製作可能である.本研究ではこのリニアスケールの開発と格子間隔を基準とした数値制御加工機の可能性追求のために以下の事項を試みた.(1)極低熱膨張ガラスセラミクスを用いたSTMの改良と5μm超比較測長の可能性確認極低熱膨張ガラスセラミクス(線膨張率0.3×10^<-7>K^<-1>)を構造部材とするSTMを試作・改良したした.内部の温度変動が0.05°C以下なる恒温セルとこのSTMを組み合わせ,5μm超の原子像を取得することに成功し,このレベルまで結晶格子間隔を基準とする比較測長が可能なことを確認した.(2)広範囲精密XYステージ駆動法の開発数μmにわたって原子分解能を保持できるXYステージの駆動法を開発した.全走査領域を200個以上の微調走査領域に分け,さらにその微調走査領域を50000点に分割し,全体を10^7点に分割し,全領域で原子像を確認した.(3) STM探針の結晶表面の原子配列を目標とするトラッキング制御の広範囲化STM探針の高速ディザー変調とロックイン同期検波法を用いて結晶格子像のXY軸方向の傾斜信号を得,それを基にSTM探針を特定の原子配列に沿ってトラッキングしながら動かす制御を行った.(2)の方法を組み合わせて,特定の結晶配列に沿ってSTM探針を最大100nmまで往復運動させる制御にも成功した.以上の実験を基に少なくとも5μmまで結晶格子を基準とする測長と位置決めの可能性を確認した.
リポソーム誘導B7-H3陽性MDSCの誘導機序とT細胞抑制機序の分子基盤の究明

1: MDSC上に発現するB7-H3分子のT細胞増殖抑制機能への関与の有無、2: NFkBsignaling経路の関与をさらに明確にするためにNFkB(p65)の核内への移行の有無及び、その他の刺激伝達系の活性化の有無、3:リポソームのマクロファージへの取り込み機序、特に何らかのレセプター介しているのか否かを明らかにする。リポソームの細胞内取り込みの機序とその下流で活性化される刺激伝達系が判明すれば、生体内でのMDSC誘導機序そのT細胞増殖抑制機序に関する新たな知見となる。また、その成果は、MDSCの産生やその機能を制御する創薬を開発するための分子基盤となる。
インスリン感受性からみたインスリン非依存型糖尿病の成因に関する遺伝学的研究

1.チロシンキナーゼ阻害物質PC-1とインスリン抵抗性:2型糖尿病(NIDDM)患者より同意を得て、前腕皮膚の生検を行い、線推芽を培養し、PC-1活性を測定した。その結果、NIDDMでは健常潮対象に比べてPC-1活性が高く、インスリン抵抗性とも相関が認められた。2.インスリン抵抗性改善薬の有効性の予知指標としての血中レプチン値:インスリン抵抗性改善薬トログリタゾン投与法例45例を著効、軽度有効、無効の3群に層別し、治療前の代謝指標との相関を検討した。その結果、トログリタゾンの臨床効果は、投与前のHOMA-R(インスリン抵抗性指数)と血中レプチン値とよく相関し、血中レプチン値も本剤の有効性の予知指標となりうることを示した。4.罹患同胞対法による2型糖尿病の遺伝子座位の同定:270組の2型糖尿病の同胞対を対象としてゲノムワイドスクリーニングを行い、2型糖尿病と連鎖する遺伝子座位を6か所の(D5S1453,D6S1009,D20S107,D21S1440,D21S266,D2S420)同定した。5.若年発症2型糖尿病の臨床像と遺伝子変異:50歳未満で透析導入した腎症患者54例を対象にMODY-5(HNF-1β)とミトコンドリアDNA3243変異(A→G)を検討した。その結果、若年発症2型糖尿病と思われる収例中6例にミトコンドリアDNA3234変異を見出した。インスリン抵抗性は、インスリン非依存型糖尿病(NIDDM)の特徴的病態であるが、その成因は不均一で多様である。本研究では、多数のNIDDM症例の中からインスリン抵抗性を示す症例を選択し、インスリン抵抗性を惹起する候補遺伝子の解析、候補蛋白の機能の解析を行うとともに、in vivoにおけるインスリン感受性の指標との相関を検討した。さらに、インスリン抵抗性改善剤の有効例と無効例に層別し、有効性の予知指標を明らかにしようと試みるとともに、その遺伝的背景を分析した。1.チロシンキナーゼ阻害物質PC-1とインスリン抵抗性:NIDDM患者の同意を得て、前腕皮膚の針生検を行い、線維芽細胞を培養し、PC-1活性を測定した。NIDDM患者の培養皮膚線維芽細胞のPC-1活性は健常対照に比べて高く、特にインスリン抵抗性の著しい痘例のPC-1活性は高かった。2.インスリン抵抗性改善剤の有効性の予知指標:インスリン抵抗性改善剤トログリタゾンを投与した45例のNIDDM症例を著効群、軽度有効群、無効群の3群に分け、治療前の代謝諸指標を比較した。投与後のHbA_<1c>および空腹時血糖値の低下は投与前のHOMA-R(インスリン抵抗性指数)と血中レプチンとよく相関し、レプチンが本剤の有効性の予知指標となりうることが示された。3. PPAR-γおよびTNF-αの遺伝子多型とインスリン抵抗性の治療:PPAR-γはインスリン抵抗性改善剤の結合部位である。PPARγ2遺伝子Pro12A1a変異と本剤の効果、肥満度、インスリン抵抗性との関連は見られなかった。また、インスリン抵抗性惹起蛋白であるTNF-αのNCOI遺伝子多型はみられず、本剤の効果との関連はなかった。引き続き、NIDDMの臨床像とインスリン抵抗性をもたらしうる候補遺伝子、候補蛋白との関連について検討を進めている。

本研究では、インスリン抵抗性を惹起する候補遺伝子の解析や候補蛋白の機能の解析を行い、in vivoのインスリン感受性の指標との関連を明らかにすることを目的に、1)チロシンキナーゼ阻害物質PC-1の培養皮膚線維芽細胞における活性が、インスリン抵抗性と相関すること、2)インスリン抵抗性改善薬の有効性が2型糖尿病患者の投与前におけるインスリン抵抗性指数や血清レプチン値と相関すること、などを明らかにしてきた。本年は、昨年より引き続きPPAR-γ2遺伝子のPro12Ala変異と2型糖尿病患者のインスリン抵抗性やインスリン抵抗性改善薬の効果との関連を検討したが、有意な相関は認められなかった。罹患同胞対法は発症遺伝子座位の同定に有用なアプローチである。我々は、270組の2型糖尿病の同胞対を対象として、ゲノムワイドスクリーニングを行い、2型糖尿病と連鎖する遺伝子座位を375個の遺伝子マーカーを用いて検索した。その結果、有意なロッドスコアを示す座位として6か所(D5S1453,D6S1009,D20S107,D21S1440,D21S266,D22S420)を同定した。さらに、若年発症糖尿病の臨床像と遺伝子変異の関連を明らかにする目的で、比較的若く腎症が出現し、50歳未満で血液透析を導入した54例を対象として、MODY-5(HNF-1β)とミトコンドリア3243位変異(A→G)を検討した。その結果、若年発症2型と思われる42例中6例にミトコンドリアDNA3243変異を見出したが、HNF-1βの変異はなかった。
平面上距離画像とビデオ映像を相補的に用いた牛の発情期自動検知システムの開発

本研究では、距離画像とビデオ映像とを相補的に用いて牛の発情期を自動的に検知するシステムの開発を目指した。検知率は状況に大きく依存するが、夜間も含めて従来手法よりも精度が高いことを検証実験を通じて確認した。また、牛の発情行動の自動検知とともに、どの牛が発情行動を行っているかを把握するために、非接触で牛の個体識別、追跡を行う新しいアルゴリズムを提案し、実際の牧場における実験からその有効性を確認した。牛は季節には関係なく、約21日間隔で発情を繰り返す。発情期には、追従行動、マウンティング、スタンディングなどさまざまな発情行動を行う。その中でもスタンディングの観察は牛の受精において重要である。しかし、スタンディングの検知は観察者によってばらつきがあり、受胎率が年々減少傾向にある。そこで本研究では,牛の発情行動の自動検知のために測域センサのデータと画像処理結果を照らし合わせ、牛のスタンディング及びマウンティングの検知手法の開発を行った。牛の距離センサデータから、行の差分を行う。差分結果を元に牛のスタンディングの閾値を定めスタンディング検知を行った。センサデータの一つ目のフレームの数値にメディアンフィルタを用いて最適化し、その行を背景データとし、次のフレームの行毎に差分を行う。そこで、1フレーム30秒としてデータを分割する方法を取った。スタンディングの結果が、フレーム間で重なってしまわないように、もう一つフレームを追加することで検出漏れを防ぐ。スタンディングを検知する際、ノイズの除去を行う。牛の発情行動の検知は、スタンディング及びマウンティングの検知による。提案手法の有効性を示すために行った実験において、スタンディングの検知率91.6%、及びマウンティングの検知率100%を実現することができた。スタンディングの検知率向上が課題である。また、ビデオの映像からは難しかった夜間のスタンディング検知も行えた。一方、発情行動のリアルタイム検知には処理の高速化が不可欠である。また、センサが水平になっていないと誤検知されてしまう場合があるため、センサを水平に固定するように注意を払う必要がある。種々の照明条件下での頑健性向上は、今後に残された課題である。地面に平行な平面上の距離画像とビデオ映像とを用いる独自のアルゴリズムを開発し、牛の行動パターン時系列から発情を自動的に検知し、牛のID番号と共にネットワークを通じて畜産農家に通報するシステムの開発を行った。雌牛は、受精できる状況になると、「多動」や「乗駕」といった特徴的な行動をとることが知られている。とくに牛繁殖農家では、雌牛を複数頭同じ柵で飼育することが多く、擬似繁殖行動として、発情を示した雌に、周りの雌が「乗る」ことがわかっている。一般的には、牛の発情時期に運動量が上がるという行動特性がある。これらは重要な情報として画像上で捉えることができる。また、時間経過を含む乗駕行動パターンが発情の検知に有用であり、測域センサから照射される2段階の高さの水平照射レーザ光により検知する手法を開発する。ここで用いる測域センサは、真夜中でも土埃や小雨の中でも安定的に動作可能である。ビデオカメラが使用できない夜間でも安定して動作し、高い検知率を達成した。牛のID番号に関しては、ビデオカメラを用いて、9096%の精度を達成した。このように提案手法の有効性を確認できたことが、「おおむね順調に進展している」と評価した理由である。本研究では、牛の発情行動の自動検知と、どの牛が発情行動を行っているかを把握するために、牛の個体識別を行い、追跡するアルゴリズムの開発を行った。牛の発情行動の検知は、スタンディング及びマウンティングの検知に基づく。まず、測域センサを用いた提案手法の有効性を示すために実験を行った。実験に用いた例では、スタンティングの検知率91.6%、及びマウンティングの検知率100%を実現することができた。測域センサは、真夜中でも土埃や小雨の中でも安定的に動作可能である。一方、ビデオカメラを用いてブロックごとの分散を求め、特定の点数を超えたら発情があったと判断する手法により、検知率76.7%を得たが、距離によってブロックサイズをアダプティブに調整することで、さらなる改善が可能であると考える。これまでは領域抽出に背景差分を用いてきたが、平成28年度は、フレーム間差分を用いることで、動きの少ない牛の領域抽出に関して大きく改善できた。一般的には、牛の発情時期に運動量が上がる、という行動特性がある。このように複数特徴を利用した精度向上は今後の課題であるが、もし、ビデオカメラを用いた実用的なシステムが実現できれば、簡便・安価さから広く普及するものと思われる。また、ビデオカメラの動画から牛を識別、追跡する新しいアルゴリズムを提案し、従来手法よりも精度の高い識別システムの構築に成功した。前年度まではマーカーを用いて黒毛和牛の個体識別を中心に扱ってきたが、平成28年度はマーカーなしでホルスタイン牛の白黒模様から形状特徴を使用した個体識別が可能となった。

また、牛の発情行動の自動検知とともに、どの牛が発情行動を行っているかを把握するために、非接触で牛の個体識別、追跡を行う新しいアルゴリズムを提案し、実際の牧場における実験からその有効性を確認した。平成28年度以降はフィールドでの検証結果を重ね、実用化を目指す。背中にペイントされたマーカーと共に、乗駕回数、乗駕・被乗駕の識別、経過時間等のデータを解析することで発情牛を特定し、乗駕された時を発情の開始として授精適期(一般的には発情から812時間後)を知ることができる。また、継時変化も含めた複数特徴の利用によって、精度向上を図ると共に、前兆予測への応用も検討する。例えナイトビジョンのような高感度カメラを用いても夜間には低照度の照明を必要とするので、色情報を用いたときに色の変化が生じるので、このような照明変動にたいするロバスト性の確保が今後の課題である。悪い条件下でもリアルタイム検知が可能であり、その結果は前もって決められたルールに従って通報され、畜産農家では映像で視認することができる。距離画像もビデオ映像も常時記録されているので、後で確認することもできる。このように実用化に向けて開発を行っていく。農学実験に不可欠なソフトウェアのライセンス更新と研究成果を多く発表するために次年度にできるだけ多くの予算を確保した。ソフトウェアのライセンス更新と研究成果発表
重症くも膜下出血における症候性脳血管攣縮早期診断のための脳内酸素飽和度測定の検討

本研究は、くも膜下出血患者の症候性脳血管攣縮の早期診断を患者の神経学的所見、脳血管撮影、超音波ドップラー法に頼らず如何に行なうかにある。そこで、重症頭部外傷において当施設が行なっている経皮的オキシメーターによる脳内酸素飽和度(INVOS 3100A:Baxter社製)測定をくも膜下出血発症後より経時的に行うことにより、脳血管攣縮発現との関連を検討し、この酸素飽和度測定が脳血管攣縮の早期診断に役立つか否や検討するものである。対象は、(1)年齢が70歳以下で、(2)種々の脳幹反応が保たれ、(3)入院時脳幹障害における血圧低下を認めなかった、WFNS分類上4-5の内、急性期脳動脈瘤直達術を施行された重症くも膜下出血患者10例とした。方法は、脳内酸素飽和度測定用のオキシメーターを付着設置し、非侵襲的に脳内酸素飽和度が経時的に測定する。同時に、脳内酸素飽和度に影響を及ぼす体循環系の管理として、Opticath8F(Abbott laboratories社製)を肺動脈内に留置し、心拍出量(CO)、肺動脈圧(PAP)、肺動脈楔入圧(PCWP)、混合静脈血酸素飽和度(SvO2)、中心静脈圧(CVP)を測定し、Forresterの分類に準じ、塩酸ドーパミン、塩酸ドブタミンを使用し可能な限り一定保つこととする。これらのパラメータに神経学的検査を加え、CTによるプローベ設置部位の形態的変化を併せて経時的に検討する。また、従来の脳血管撮影による血管攣縮の確認を発症4、7日目、および神経学的悪化時に行い参考とする。これらにより、症候性脳血管攣縮発生時の各dataの変化を検討し、脳内酸素飽和度の測定が血管攣縮の診断に貢献するか否やを検討、評価した。結果は、血管撮影上びまん性な血管攣縮を伴いCT上広範囲に梗塞像を認めた症例では明かな脳内酸素飽和度の低下を認めたが局所的血管攣縮を伴う例ではその値の変動は乏しく、さらにprimarybrain injuryが長期間存在する重症くも膜下出血に於いては脳代謝が一定であるとはいい難く、脳内酸素飽和度のみでは症候性血管攣縮の早期診断には困難があるものと思われた。今後、症例を積み重ね検討していく予定である。
英領アメリカ植民地における船乗りと貿易

本研究は、数量的な貿易研究と船乗りの社会史研究を融合することで、近世の大西洋上に展開したヒトとモノのネットワークの実像を明らかにすることを目的としている。年度の前半には、若尾祐司・和田光弘編『歴史の場-史跡・記念碑・記憶-』(ミネルヴァ書房)が刊行され、ジャマイカの港町ポートロイヤルを俎上に乗せた拙稿「海賊の息づく港町ポートロイヤル」が所収されている。同稿では、海賊を議論の軸に据えながら、本研究のテーマである貿易と密貿易、町を訪れる船乗りについて、一時史料をもとに詳述している。また、研究の基盤となる作業は、前年度に引き続き、イギリス領アメリカ植民地の主要港を出入りした船舶のリスト(海事局船舶簿)のデータベース化であり、ボストンとジャマイカのデータを18世紀半ばまで拡大した。そのうえで、航海日誌や書簡、海事裁判記録など、米国で入手した史料をデータベースとのクロスチェックで補完することにより、ジャマイカからスペイン領へと向かう密貿易の具体的な方法、関与した船舶の移動経路や船員数などを考察した。この研究の成果は、22年7月に近代社会史研究会(於京都大学)で報告し、12月にはEarly American Studies at Komaba in Winter, 2010(於東京大学)にて、英語による報告の機会を得た。なお、研究遂行のために、同年10月から11月にかけて、米国とカナダを訪れて史料収集をおこなった。その際、ピッツバーグ大学では、船乗りの社会史研究の泰斗として知られるマーカス・レディカー特別教授と面会し、研究へのアドヴァイスを受けた。採用1年目に当たる平成21年度は、研究に必要となるデータベースを充実させることを最優先した。17世紀末のボストンとジャマイカにおける船舶の出入港記録(海事局船舶簿)のデータベース化はすでに完了していたため、今年度は、18世紀初頭の両港の記録の入力作業を進めた。構築したデータベースを分析してイギリス領植民地の貿易構造を考察した成果は、2本の論文、すなわち「17世紀末におけるボストンの船乗りと西インド貿易」(『西洋史学』235号)と"English Smuggling Activities in the Official and Private Documents: The 'Spanish Trade' and the Logwood Tradefrom Jamaica in the Late Seventeenth and Early Eighteenth Centuries" (HERSETEC: Journal of Hermeneutic Study and Education of Textual Configuration,vol.3, no.1)を通じて発表した。前者は17世紀末にジャマイカを訪れるボストン船による西インド貿易を再考したもので、当時は母港ボストンと取引地を往復するだけのシャトル貿易が主流であったことを論じた。後者では、ジャマイカを訪れるロンドン船やボストン船による密貿易を扱い、船舶簿という公的な文書から密貿易に従事した船の動きを再現するとともに、商人の書簡や船乗りの回想録といった私的な文書を併用することで、スペイン植民地人との違法な取引の詳細を明らかにした。また、21年6月には、専修大学で開かれた日本西洋史学会第59回大会にて、「17世紀末におけるボストンの西インド貿易-結節点としてのジャマイカー」と題してその時点までの研究成果を報告した。研究環境の整備の面では、一次史料の収集のために10月にアメリカ合衆国に渡航し、ワシントンD.C.の議会図書館、ヴァージニア州ニューポートニューズのマリナーズ博物館、ボストンのマサチューセッツ歴史協会を訪問した。その際に入手した史料は、主に翌年度の研究に活用させるものであるが、一部は上記の拙論においてすでに利用している。
金属結合タンパク質の発現制御による舌癌治療基盤の構築

亜鉛の細胞内動態が癌の発症(発癌),増殖および転移に関与している可能性が示唆されているが,その詳細は未だ明らかではない。本研究は細胞内亜鉛濃度の維持・調節に重要な金属結合タンパク質メタロチオネイン(MT),中でも,扁平上皮組織に特異的なアイソフォームであるMT-4の発現を制御することによる舌癌の発症,および増殖への影響を検討し,MT発現制御による舌癌治療への応用基盤を構築することを目的としている。この目的達成のため,2017年度はヒト子宮頸癌由来のHeLa細胞を用い,MT-4遺伝子導入が細胞増殖に及ぼす影響を検討したが,MT-4はHeLa細胞の増殖に影響しなかった。われわれはMT-4の作用として,細胞内亜鉛シグナルの調節を想定して検討しているが,例えば,ヒト乳癌細胞では細胞のホルモン応答性の違いにより,亜鉛添加によって細胞増殖が抑制される亜鉛感受性が異なることが報告されている。この報告を基に,2018年度は,亜鉛感受性とMT-4遺伝子導入の影響の関連を,由来の異なる2種の扁平上皮癌細胞,ヒト歯肉癌由来Ca9-22細胞とヒト舌癌由来HSC-4細胞を用いて,再度検討した。その結果,亜鉛感受性を有する細胞では,MT-4遺伝子導入により細胞増殖が抑制されたが,亜鉛感受性を有しない細胞では,MT-4遺伝子を導入しても,細胞増殖に影響は認められなかった。このことは,この2種の癌細胞において,亜鉛トランスポーターなど細胞内亜鉛シグナル調節機構に違いがあることを示していると考えられる。2017年度の研究実績報告時には、検討結果に基づきMT-4の細胞増殖への関与を否定して2018年度計画を策定したが、新たなる報告により、細胞増殖への関与を再検討することになったため。2018年度の検討結果より,亜鉛感受性の異なる2種の口腔扁平上皮癌細胞において,MT-4遺伝子導入の影響が異なることが示されたことから、この2種の細胞におけるMT-4遺伝子導入後の亜鉛トランスポーター(ZIPおよびZnT)の発現,および細胞内亜鉛濃度を比較検討することにより,MT-4の機能を明らかにすることができると考えられる。なお,検討する亜鉛トランスポーターとして,比較的に扁平上皮組織での高発現が認められているZnT-5,ZnT-7, ZIP-5,ZIP-6,ZIP-9を予定する。一方,メタロチオネイン(MT)は,生体内で亜鉛などの金属イオンと結合しており,生体亜鉛濃度の恒常性維持と調節に重要な金属結合タンパク質である。このため,MTは細胞内外の亜鉛濃度を制御することにより,発癌を始めとして,癌の増殖および転移に関与している可能性が想定される。MTには4種のアイソフォームが報告されており,その1つであるMT-4は,皮膚や舌および消化管など,扁平上皮にのみ発現するアイソフォームであり,その特異的な発現から直接的,間接的に舌癌の発症,増殖,転移に関与する可能性が考えられる。本研究は細胞内亜鉛濃度の維持・調節に重要なMTの発現,特にMT-4を制御することによる舌癌の発症および増殖への影響を検討し,MT発現制御による舌癌治療への応用基盤を構築することを目的としており,その目的達成のため,平成29年度はMT-4の遺伝子発現系を構築し,MT-4遺伝子導入による細胞増殖への影響を検討するとともに,MT-4のプロモーター領域を解析して,MT-4の誘導因子を探索した。非遺伝子導入癌細胞として扁平上皮由来のHeLa細胞を用い,リポフェクション法にてMT-4の遺伝子導入を図ったが,MT-4は細胞増殖には影響しなかった。しかし,コントロールに比べ,巨大化する細胞数が増加する傾向にあったことから,MT-4は細胞増殖ではなく,発癌過程での抑制に関与する可能性が示唆された。さらに,MT-4プロモーター領域の解析から,MT-4がこれまで報告されていた亜鉛などの重金属以外に,グルココルチコイドによっても発現誘導することが明らかになった。当初予定していたMT-4の発現系を構築し,癌細胞に遺伝子導入後の細胞変化を観察したが,細胞数変化ではなく,形態変化であったため,その解析を急いだ。このため,正常ケラチノサイトを癌化させる形質転換に関する検討が遅れている。