hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞内物質代謝系とオルガネラ膜輸送体の共進化

本研究課題では、オルガネラの初期成立過程およびその後の生物進化の課程において、代謝システムの統合・変遷に伴い分子進化を遂げ、生物細胞内に多様な物質輸送系をもたらしたと考えられるミトコンドリア輸送体(MC)を対象に機能解析研究を進めた。研究対象として、ヒト感染症の原因微生物として重要な熱帯熱マラリア原虫と、オルガネラ研究のモデル生物として重要なシアニディオシゾン、ユニークなオルガネラとしてマイトソームを有する赤痢アメーバ、ならびに多様な代謝系を進化させてきた出芽酵母を用いて、それぞれのMC分子種の同定、輸送基質特異性の解析による機能的役割、代謝経路の進化との相関性を明らかにすることを目指し研究を進めた。平成27年度には、領域内共同研究より、赤痢アメーバのマイトソームにおける硫酸活性化系に必須なPAPS/PAP交換輸送体の分子同定に成功し、論文として報告をした。さらに、新たな膜蛋白質再構成系としてディスク状の脂質二分子膜(バイセル)を利用した膜蛋白質の試験管内合成に基づく再構成技術の構築に成功し、学会発表を行った。また、シアニディオシゾンの生育温度とMC機能の相関性を検証したところ、通常の膜輸送体よりも高い温度条件でMC輸送能の至適化を図ることができることを示し、学会発表を行った。マラリア原虫のMC機能解析に関する成果は論文投稿準備をほぼ完了しているとともに、バイセルを利用した膜蛋白質再構成系についても論文投稿準備を進めている。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では、オルガネラの成立過程およびその後の進化過程において、代謝システムの統合・変遷に伴い分子進化を経たと考えられるミトコンドリア輸送体(MC)を対象に機能解析研究を進めてきた。研究材料として、感染症の原因微生物として重要なマラリア原虫と、オルガネラ研究のモデル生物として重要なシアニディオシゾン、ユニークなオルガネラとしてマイトソームを有する赤痢アメーバ、ならびに出芽酵母を用いて、それぞれのMC分子種の完全同定、輸送基質特異性の解析による機能的役割、および代謝系経路の進化との相関性を明らかにすることを目指し研究を進めた。平成26年度には、前年度までに明らかにしたマラリア原虫のMC機能とカルジオリピンとの関連を掘り下げるために領域内共同研究を進めた。これにより、マラリア原虫の組換え体作製により、カルジオリピン依存性のMCがミトコンドリア膜上に局在するのに対し、カルジオリピン非依存性でS-adenosyl methionine輸送活性を確認したMCが小胞膜上に局在することを示唆する結果を得た。これは、試験管内でのMC機能解析の結果がvivoのタンパク質の局在を予測する上でも極めて有効なことを示す初めての例であると考えており、現在、論文の投稿を準備中である。さらに領域内共同研究の成果として、赤痢アメーバのPAPS輸送体の同定にも成功し、論文投稿の準備がほぼ完了している。また、赤痢アメーバの新規βバレルタンパク質の合成および生化学的解析により、膜に再構成されたβバレルタンパク質が実際にβシートに富む構造を形成することを円二色性スペクトル解析により明らかにして、論文発表をしている。ミトコンドリア輸送体(MC)の生化学的機能解析のみならず、領域内共同研究による局在の検証などに展開しており、より広がりのある研究成果の創出につながっている。酵母、マラリア原虫、シニディオシゾンおよび赤痢アメーバについては、計画通り全てのMCタンパク質の合成が完了し、これまでに8種類のMCの基質特異性を決定している。さらに、MCなどαヘリックス型の膜輸送体のみならず、今までに試験管内翻訳系での解析例が殆どなかったβバレル型膜輸送体に関する再構成系の構築にも成功していることより、技術的な進歩もあると考えている。加えて、膜輸送蛋白質を脂質ベシクル(リポソーム)に再構成した形で精製し、円二色性スペクトル測定の条件の至適化に成功し、αヘリックスに富むMCタンパク質、βシートに富むβバレル型タンパク質のそれぞれについて、合成・再構成したタンパク質が良好な二次構造を形成していることを確認できている。

これは将来的な本システムの利用に大きな弾みをつける結果であると考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度には、シアニディオシゾンの未解析MCの基質特異性を解析し、代謝とMC分子進化との関係を明らかにする。マラリア原虫および赤痢アメーバのMCタンパク質の輸送基質特異性解析の結果については代謝との関連性を交え、論文として発表を完了させる。赤痢アメーバの新規βバレルタンパク質の構造解析に挑戦するとともに、イオンチャネル活性測定に基づき、輸送基質の予測を実験的に進める。
土壌槽試験におけるPIV活用による土の変形・応力計測/算定オンラインシステム

昨年度開発したPIV(粒子画像流速測定法)に基づく土の変位の高精度オンライン計測システムを活用して,走行車輪下近傍の土の変位およびそれに基づくひずみ分布の詳細な計測を行った。一方,本車輪走行現象を対象に,先に開発した下負荷面モデルおよび下負荷面摩擦モデルを導入した弾塑性有限要素プログラムの開発を行った。本プログラムにより,上記の車輪走行現象のシミュレーションを行った結果,土の変位,ひずみ分布いずれも実測結果に対する十分良い一致が見られた。また,計測された土の変位から算出されるひずみ増分データを下負荷面モデルに基づく応力算定プログラムに入力して地盤内応力の予測を行うとともに,小型圧力センサを用いて開発した応力センサによる実測結果と比較した結果,これについても十分良い一致が見られた。クーロン摩擦則では,すべりが僅かでも生じれば摩擦基準面上の接線応力が発生するので,走行現象においては,すべり率が僅かでも生じれば最大けん引力が発生し,けん引力はすべり率に依存しない非現実的な予測がなされる。他方,下負荷面摩擦モデルおいては,摩擦基準以下の接触応力でもすべり変位が発現し,本モデルを導入した有限要素解析により,圃場機械分野の基本的課題ながら永年未解決であったすべり率とともにけん引力が増大する事実を表現し得ると期待される。走行実験条件に合わせた境界条件で有限要素解析シミュレーションを行った結果,十分良い一致が見られた。しかし,すべり率が低い状態で,実測においては負のけん引力が発生するが,予測においては,すべり率と同符号の正のけん引力が予測される。これは,車輪前面の土に盛り上がり,運動抵抗の予測の不備によると思われ,この点の改善が今後解決すべき課題であると判断される。以上のように,下負荷面の概念により,物質自身の変形から物質相互の摩擦現象に至る一連の変形現象を統一的に表現し得たことは特筆すべきことである。流体計測法として広く利用されているPIV(粒子画像流速測定法)に基づく土の変位計測オンライン計測システムを開発した.精密車輪実験装置と本計測システムを用いて剛性車輪走行時の車輪-地盤接触部近傍の土の変形現象を計測,解析を行うとともに,得られた結果の妥当性を検討した.さらに,計測された土の変位から算出されるひずみ増分データを下負荷面モデルに基づく応力算定プログラムに入力して地盤内応力の予測を行うとともに,小型圧力センサを用いて開発した応力センサによる実測結果と比較・照査して,予測結果の妥当性について調べた.本研究で得られた知見は以下の通りである.(1)開発した計測システムで得られた土の変位データを研究代表者等が以前開発した計測法(従来法)の結果と比較したところ,両者に良い一致が確認され,計測精度面での本計測システムの妥当性が実証された.また,開発した計測システムは,土層側面に配置したマーカの動きより土の変位を計測する従来法とは違い,土の変形状態を直接可視化・数値化してその変位を計測するので,マーカ配置が困難な走行車輪下近傍の土の変形現象についても高精度に計測し得る点を特徴とする.(2)表層付近の地盤はすべり率に関係なく車輪の走行により膨張し,その下に圧縮領域が形成されることを明らかにした.特に,すべり率が大きい場合には表層領域の膨張が顕著となるとともに,周期的に膨張の度合が強弱に変化し分布むらが生じる.(3)土中鉛直応力は,車輪の接近とともに負側に増大して車輪直下がセンサを通過する前にピーク値を示した後,徐々に開放されてゼロとなる.また,応力のピーク値はすべり率の増加とともに減少する.

(4)得られた変位データからひずみ増分を下負荷面モデルに基づく土の弾塑性構成式に代入して予測された地盤内応力は.定性的では開発した応力センサの値と一致する.昨年度開発したPIV(粒子画像流速測定法)に基づく土の変位高精度オンライン計測システムは,走行車輪下近傍の土の変位を高精度に計測し得る.本年度は,本計測システムにおける変位追跡アルゴリズムを改善することにより,走行車輪接地部近傍のみならず,その周辺領域の土の変位も高精度に計測し得るように拡張している.具体的には,変形の度合いに応じて画像のサンプリング時間間隔を調整し,それぞれの時間間隔にてPIV計測を行い,得られた時間間隔の異なる土の変位データを組み合わせることにより,変形の小さい領域から変形量の大きい領域までを一度に計測することを可能にしている.我本計測アルゴリズムを選択合成法と称する.精密車輪実験装置と新計測システムを用いて剛性車輪走行時の車輪-地盤接触部近傍の土の変形現象を計測,解析を行うとともに,得られた結果の妥当性を検討した.さらに,計測された土の変位から算出されるひずみ増分データを下負荷面モデルに基づく応力算定プログラムに入力して地盤内応力の予測を行うとともに,小型圧力センサを用いて開発した応力センサによる実測結果と比較・照査して,予測結果の妥当性について調べた.本研究で得られた知見は以下の通りである.(1)画像のサンプリング時間間隔は,土粒子の変位量に著しく影響を受ける.つまり,計測領域内の変形速度に顕著な差異が認められる場合には,変形速度場に応じてPIV計測における画像サンプリング時間間隔を調整する必要があることを示した.(2)(1)より,速度場に顕著な差異が確認される場合には選択合成法を採用することにより,表層域のみならず深層域の土の変位も高精度に追跡可能にした.(3)選択合成法を用いて深層域の土の変位を修正した結果,深層域の応力予測が可能となった.昨年度開発したPIV(粒子画像流速測定法)に基づく土の変位の高精度オンライン計測システムを活用して,走行車輪下近傍の土の変位およびそれに基づくひずみ分布の詳細な計測を行った。一方,本車輪走行現象を対象に,先に開発した下負荷面モデルおよび下負荷面摩擦モデルを導入した弾塑性有限要素プログラムの開発を行った。本プログラムにより,上記の車輪走行現象のシミュレーションを行った結果,土の変位,ひずみ分布いずれも実測結果に対する十分良い一致が見られた。また,計測された土の変位から算出されるひずみ増分データを下負荷面モデルに基づく応力算定プログラムに入力して地盤内応力の予測を行うとともに,小型圧力センサを用いて開発した応力センサによる実測結果と比較した結果,これについても十分良い一致が見られた。クーロン摩擦則では,すべりが僅かでも生じれば摩擦基準面上の接線応力が発生するので,走行現象においては,すべり率が僅かでも生じれば最大けん引力が発生し,けん引力はすべり率に依存しない非現実的な予測がなされる。他方,下負荷面摩擦モデルおいては,摩擦基準以下の接触応力でもすべり変位が発現し,本モデルを導入した有限要素解析により,圃場機械分野の基本的課題ながら永年未解決であったすべり率とともにけん引力が増大する事実を表現し得ると期待される。走行実験条件に合わせた境界条件で有限要素解析シミュレーションを行った結果,十分良い一致が見られた。
規制緩和後の公共交通の安全確保政策に関する実証研究

本研究においては、規制緩和後、度重なる事故により、抜本的見直しを迫られている公共交通の安全確保について自主的安全管理方策、特に運輸安全マネジメント制度を事例研究の対象とすると共に、安全風土の醸成のための一方策として安全風土測定のあり方等を中心に検討を行った。研究の結果、国際的な取組みとも比較分析し、運輸安全マネジメント制度は安全管理に関する自主的な仕組みとして有効に機能し、取組みが深度化していること、また、事業者に自主的な安全管理を促すものとして安全風土の測定が有効であること等を示した。平成27年度においては、第一に規制緩和に係る最新の動向・考え方について、国家戦略特区の動向、規制改革会議事務局の動向等を中心にウェブサイト、論文を含む文献調査や参与観察等により収集・整理し、最新の国家の関与の動向を把握した。第二に、組織的安全管理手法及び評価方法について、心理学的観点から交通政策的観点、また事業者の経営・マネジメントの観点等複層的に考え方を整理した。第三に、公共交通の安全管理に係る政策について、安全管理と他の規制類型との比較検討を踏まえつつ、国際的な動向として、国際海事機関(IMO)に基づく安全管理に係る取り組み(ISMコード、加盟国監査スキーム及び高度船舶安全管理システム搭載船の乗組み制度等)や国際民間航空機関(ICAO)による次世代型航空安全に関する取組み(国家安全プログラム(SSP)の義務化、ICAOによる継続的監視である国際航空安全監視監査プログラム等)、ISO39001の仕組み(PDCAサイクルに従って適切な道路交通安全マネジメント体制を確立、実施、維持、改善するために組織に必要とされる要求事項の整理)を中心に、交通モード横断的に安全管理手法等について、文献調査等により把握・整理した。第四に、国内の動向を把握するに当たり、国内海運に係る取り組みをケースとして取り上げ、安全管理を含む安全規制に関する現行法制度、組織的安全管理手法等の取組について収集・整理を行った。本年度は、運輸安全マネジメント制度に基づく監査結果のデータベースを参照し、参与観察的に把握・整理することを予定していたが、直接アクセスできる環境ではなくなったため、国土交通省に対する聞き取り調査を中心に把握・整理を行った。具体的には運輸安全マネジメント制度の対象となる事業者の把握、対象事業者の目標の設定状況及びその内容、経営トップから組織末端までの情報共有・コミュニケーションの手法、ヒヤリハットや事故情報の収集その他安全管理の取り組み事例を収集し、事業者の優良取組事例を抽出した。また、ホームページで公開されている運輸事業者の安全情報を収集・把握、整理を行った。第二に、経営トップから現場まで企業風土の醸成について、上記の優良事例の他、他業種における事例について比較検討を行った。さらに既存の安全に関する企業風土測定手法を活用したアンケート調査に基づき、経営トップと現場の意識のギャップの把握及び改善手法について、一般的な手法の整理分析を踏まえ、運輸事業者における動向を把握・整理した。その際には、自動車、鉄道、海運、航空といったモードごとの比較分析を含め、検討を進めた。第三に、安全が阻害された場合に備えてのリスクマネジメントの一つとして保険制度に着目し、海運分野を事例に整理を行った。具体的には海運にかかる保険について、付保の範囲、免責事項、航路定限、その他リスク分担の具体的内容を整理し、政策的活用方策の検討を行った。第一に運輸安全マネジメントを実施している事業者についての整理分析を行い、優良取り組み事例を収集できた。第二に運輸安全に取り組んでいる事業者について安全風土の特徴の観点から整理することができた。第三に、こうした安全対策がうまくいかなかった場合に備えてのリスクマネジメントの事例研究も進めることができたことから、おおむね順調に進展していると考えられる。、平成28年度は最終年度であったが、平成28年1月15日に発生した軽井沢スキーバス事故の被害及び影響の大きさに鑑み、本事故への政府の対応を安全対策の事例として取り上げ、国土交通省に設置された軽井沢スキーバス事故対策検討委員会における検討過程、対応策の検討、道路運送法に係る国会審議のほか、安全管理における対応等を中心に分析、整理を行った。第二に、本事故とも関連するが、事故やヒヤリハット情報等を活用した監査等安全確保の在り方について、日本バス協会による貸切バス事業者安全性評価認定制度、全日本トラック協会で行われている貨物自動車運送事業安全性評価事業や巡回指導等の適正化事業等の民間事業者の自主的な安全確保に係る取り組みを整理分析した。第三に、ヒヤリハット情報の収集に着目し、交通の各モードについて、法令に基づく情報及び自発的な提供に基づく情報について事故・インシデント情報に係る事例の収集、整理、比較を行った、第四に、安全管理に係る政策提案の検討に当たり、政策の妥当性の担保や社会受容性の確保の観点から、如何に科学的知見、専門的知識を客観的根拠として政策に反映させていくのかという観点も重要であることから、客観的根拠のある安全対策の在り方について、国土交通省で安全対策とともに重要な施策の一つとされている環境政策と比較・分析を実施した。以上の検討及び過年度の検討を基に、事業者の安全管理活動の推進やヒヤリハット情報及び事故データの活用並びに対応策も含め、客観的根拠を活用した安全管理方策等について検討を行った。その際には事業者の自主的な安全管理の尊重・促進の観点や官民の役割分担も踏まえ、国が取り組むべき政策の在り方について検討を行った。

研究の結果、国際的な取組みとも比較分析し、運輸安全マネジメント制度は安全管理に関する自主的な仕組みとして有効に機能し、取組みが深度化していること、また、事業者に自主的な安全管理を促すものとして安全風土の測定が有効であること等を示した。第一に、交通分野と他分野の比較制度分析は行えていないが、その代わりに安全風土の把握に係る様々な観点からの整理を実施できたこと、第二に交通分野における安全管理手法に係る現状の把握については、国際交通を中心に文献調査や参与観察によって概ね情報収集・整理ができたこと、国内交通については国内海運をケースとして分析視角を構築できたこと、から概ね予定通りである。今後は、第一に、事故やヒヤリハット情報等のデータの収集・分析方策を整理・検討を行う。第二に、事業者の安全達成目標・検証のための方策について、検討を行う。特に上信越道スキーバス事故が発生したことに鑑み、依然として、事業者には安全風土が根付いていない現状に対応して、効率的な監督、事業者の安全管理活動の推進や民間規格等民間による安全管理方策を含め、事業者にいかに安全対策を浸透させるか検討を行い、事業者の安全対策の実効性が確保されることを目指す。公共政策今年度は、まず、昨年度も残念ながら変わらず発生している公共交通に係る事故の現状・原因等の収集整理を改めて実施する。第二に運輸安全マネジメント制度に基づく事業者の目標の設定、事故情報の収集その他安全管理の取り組みを把握し、事業者の優良取組事例を抽出・把握する。第三に、経営トップと現場に至る安全最優先の企業風土の醸成について、運輸安全マネジメント制度の本省監査事業者を中心に既存の安全に関する企業風土測定手法を活用した調査を基に、経営トップと現場の意識のギャップの把握及び改善手法について把握・整理する。研究に対する助言について、都内近郊の有識者が中心となったことから、旅費を使用せずに済んだこと等により、次年度使用額が生じた。直接経費について一部次年度に使用することとなったが、これはアドバイスを頂いた有識者の方々が謝金を辞退されたことによる。28年度は研究のまとめの年となる一方、上信越道スキーバス事故も発生し、貸し切り事業者の実態把握も必要となることから、バス等を中心とした文献収集および企業内部の安全文化の定着やコンプライアンス意識を隅々まで行き渡らせる方策を民間規格を中心に他業種も含め、また浸透手法も勘案しながら、書籍、文献等により収集するため、関連の資料収集等を行うとともに、検討結果の助言をいただきつつ、作業を進める。今年度におけるリサーチアシスタント等に対する謝金として使用する。
in vitroにおける象牙質石灰化誘導に対するイオンの影響

in vitro象牙質石灰化誘導に対するイオンの影響を調べるために種々の実験を実施し以下の結果を得た。各種イオンを石灰化溶液に添加しインキュベートした試料についてコントロールと比較した。石灰化物のカルシウム量を原子吸光計により測定した結果、コントロールに比較して、ケイ素イオンを添加したものは1.863.08倍、カルシウムイオンを添加したものは、1.231.58倍、リン酸イオンでは、1.481.54倍のカルシウム量が検出され,それぞれ濃度依存的に石灰化誘導が促進されていた。また、フッ素イオンでは、0.10.5ppmを添加したものは、コントロールと同程度のカルシウム量が検出されたが、1.02.0ppm添加したものは、1.451.77倍と石灰化を有意に促進していた。一方、マグネシウムイオンを添加したものは、コントロールに対して1/21/5、銀イオンでは、1/61/7のカルシウム量が検出され、濃度依存的に石灰化誘導を抑制していた。X線回折の結果から、誘導された石灰化物はそれぞれの元素を含む結晶化度の低いアパタイトであることが確認された。また、SEMによる石灰化物の形態観察の結果、板状および針状結晶が認められたコントロールに対して各イオンを添加したものでも同様なアパタイト結晶が認められた。フッ素イオンを添加したものでは、糊状の石灰化物が認められ、石灰化が著明に進行していることが推察された。これらの結果より、in vitro象牙質石灰化実験系において石灰化誘導をケイ素イオン、フッ素イオンは、著明に促進、カルシウムイオン、リン酸イオンも石灰化を促進し、フッ素イオンを添加した場合には、誘導された石灰化物の形態が他のイオンとは異なることがわかった。さらに銀イオン、マグネシウムイオンは石灰化を抑制することが明らかになった。よって、これらの各イオンにより象牙質石灰化に対する影響が異なることがわかった。

これらの結果より、in vitro象牙質石灰化実験系において石灰化誘導をケイ素イオン、フッ素イオンは、著明に促進、カルシウムイオン、リン酸イオンも石灰化を促進し、フッ素イオンを添加した場合には、誘導された石灰化物の形態が他のイオンとは異なることがわかった。さらに銀イオン、マグネシウムイオンは石灰化を抑制することが明らかになった。よって、これらの各イオンにより象牙質石灰化に対する影響が異なることがわかった。in vitro象牙質石灰化誘導に対するイオンの影響を調べるために種々の実験を実施し以下の結果を得た。各種イオンを石灰化溶液に添加しインキュベートした試料についてコントロールと比較した。石灰化物のカルシウム量を原子吸光計により測定した結果、コントロールに比較して、ケイ素イオンを添加したものは1.863.08倍、カルシウムイオンを添加したものは、1.231.58倍、リン酸イオンでは、1.481.54倍のカルシウム量が検出され,それぞれ濃度依存的に石灰化誘導が促進されていた。また、フッ素イオンでは、0.10.5ppmを添加したものは、コントロールと同程度のカルシウム量が検出されたが、1.02.0ppm添加したものは、1.451.77倍と石灰化を有意に促進していた。一方、マグネシウムイオンを添加したものは、コントロールに対して1/21/5、銀イオンでは、1/61/7のカルシウム量が検出され、濃度依存的に石灰化誘導を抑制していた。X線回折の結果から、誘導された石灰化物はそれぞれの元素を含む結晶化度の低いアパタイトであることが確認された。また、SEMによる石灰化物の形態観察の結果、板状および針状結晶が認められたコントロールに対して各イオンを添加したものでも同様なアパタイト結晶が認められた。フッ素イオンを添加したものでは、糊状の石灰化物が認められ、石灰化が著明に進行していることが推察された。よって、これらの各イオンにより象牙質石灰化に対する影響が異なることがわかった,さらに、従来の時間ごとに試料中のカルシウム量を原子吸光計で測定するのに対して、石灰化誘導を経時的に観察し誘導活性を精密に評価するために電気化学的測定法を用い、応用したところpHの低下が観察された時間に一致してカルシウム量の上昇が確認され、その有用性が確認できた。
Fe-Si新合金に関する研究

オーステナイト型Fe-Si-Nn系新合金について研究した.まず, Fe-Si系合金は, 3wt%Si以上で急激に伸びが減少し, 5%Siでは伸びは3%以下に激減する.これは非常に脆弱α_1, α_2相が析出するためである.この系に1520wt%Muを添加し,水靭すると大部分がγとして残留し,伸びが1520%に改善されるが,これはγ相は多数のすべり面を有するためである.しかし引張り強さ70kgf/mm^2程度と平凡な値で,耐熱性,耐食性は普通の炭素鋼をやや上回る程度にすぎない.この系に,さらに, Crを添加し,一部をマルテンサィト化して高強靭化した上,耐熱性,耐食性の向上を目ざした.その結果は引張り強さで120150kgf/mm^2,伸び50%以上を得た.これと同様の組織の鍛造材は強度こそ90kgf/mm^2とやや低いが,伸びは常温で, 60100%といった超塑性を示した.この現象は一種のTRIP現象であるといえる.しかし,この合金のUノッチ付衝撃値が39kgf/mm^2であり,また応力-歪曲線の温度依存性も-80+20°Cの温度範囲で余り変化のないことから,狭い温度条件や荷重速度でみられるTRIP現象と同種のものといい切れない.とくに衝撃値が高い値であったのは,たとえば,実用の薄板,細線を製造できる可能性を示すものである.すなわち可成りの高速度の応力に塑性変形が追従できることであり,しかも大きな温度巾をもつことから,実用できる新素材といえる.なお,このことは今後の研究の課題である.オーステナイト型Fe-Si-Nn系新合金について研究した.まず, Fe-Si系合金は, 3wt%Si以上で急激に伸びが減少し, 5%Siでは伸びは3%以下に激減する.これは非常に脆弱α_1, α_2相が析出するためである.この系に1520wt%Muを添加し,水靭すると大部分がγとして残留し,伸びが1520%に改善されるが,これはγ相は多数のすべり面を有するためである.しかし引張り強さ70kgf/mm^2程度と平凡な値で,耐熱性,耐食性は普通の炭素鋼をやや上回る程度にすぎない.この系に,さらに, Crを添加し,一部をマルテンサィト化して高強靭化した上,耐熱性,耐食性の向上を目ざした.その結果は引張り強さで120150kgf/mm^2,伸び50%以上を得た.これと同様の組織の鍛造材は強度こそ90kgf/mm^2とやや低いが,伸びは常温で, 60100%といった超塑性を示した.この現象は一種のTRIP現象であるといえる.しかし,この合金のUノッチ付衝撃値が39kgf/mm^2であり,また応力-歪曲線の温度依存性も-80+20°Cの温度範囲で余り変化のないことから,狭い温度条件や荷重速度でみられるTRIP現象と同種のものといい切れない.とくに衝撃値が高い値であったのは,たとえば,実用の薄板,細線を製造できる可能性を示すものである.すなわち可成りの高速度の応力に塑性変形が追従できることであり,しかも大きな温度巾をもつことから,実用できる新素材といえる.なお,このことは今後の研究の課題である.1.緒言:昨年度は(60年度)Fe-Si=元合金系ではSi3%以上で脆弱な【α_1】相が析出する。そこでMnを合金させγ相にして延性をいちぢるしく向上させた。しかしSiの含有には限界のあることが明らかとなった。本年度はさらに高強度高靭性の条件をまさぐるとともに、Crを合金させSiを減少させた分だけ、耐食,耐熱性を減少させないようにした。なお今年度は実用を考慮して大気溶解,実用寸法の鋳塊で実験した。2.実験方法:予備実験(遠心力鋳造法)でFe-15%Mn-7%Crで引張強さ136kgf/【mm^2】、伸び20%を得たので本年度は実用化を目標とした。高周波誘導電気炉(20KVA)を用い、大気中でマグネシアルツボで約400g(本体14×40×110mm)を1550°Cで銅型(作業塗型のみ)に重力鋳造した。1100°C、1hr加熱保持後水靭処理した一個の鋳塊をグラインダカッターで両断し、平行部18×4×2.5mmの引張試片を作成しインストロン型引張り試験機で強度を測定し、つかみ部で硬度測定および光学顕微鏡試料を採取した。なお引張り加工による硬化程度は破断部付近の硬度で調べた。3.実験結果:09%Si,1530%Mn,610%Crについての結果は次の如くである。0%Siでは引張り強さ100Kgf/【mm^2】,伸び35%前後が、5%Siで引張り強さ130Kgf/【mm^2】,伸び50%前後と大巾に向上した。硬度は前者で加工前250Hv前後,破断後330Hvであり,5%Siでは加工前250Hv前後が加工後は390Hv前後とSi含有による加工硬化が増大している。Siが7%以上含まれると強度、伸び共に激減する。

【α_1】相の析出による脆化である。結局実用的な段階でもFe-5%Si-【^(20%)Mn】-7%Crが最高値を示すことが明らかとなった。なおASTMの線分析の結果は溶体化処理(1100°C、1hr水靭)により、Mn,Siの偏析は小さくなっている。
心臓弁膜症に対する耐久性ある抗血栓性生体弁の開発と臨床応用

近年、伴侶動物(犬)も高齢化を迎える時代となり、それと共に老齢疾患の発生も急速に増加しつゝある。一方、飼い主の意識の高揚などによりそれらの疾患に対しての高度医療のニーズも増大してきた。中でも加齢とともに確実に発生が増加し、病態の悪化をみる後天性心臓病の一つである僧帽弁閉鎖不全症は大きな問題となっている。本症の治療としては内科的治療のみが実施されているがそれには当然限界があり、ヒト医学と同様に外科的治療による根治術の確立が望まれている。本研究は僧帽弁閉鎖不全症を生体弁の移植により根治することが目的で実施したものである。すでに本研究の基本的な部分は平成9年度平成11年度科学研究費補助金の「心臓弁膜疾患に対する新しい世代の生体弁の開発と実験的および臨床的研究」[課題番号09306022]研究成果報告書にてその業績は報告した。引き続いての平成13年度より15年度にかけては、基礎的研究で未解決の部分や改善点について検討を加えた。具体的には大きな課題である生体弁の耐久性について流体力学的考察を加え生体弁への負荷を最小限にすることを試み、さらに処理工程において数種の処理方法を採用し、最も優れた生体処理弁を作成した。現在その生体弁移植後約3年の生存を得るまでに至っており、今後、臨床応用への移行が期待されている。また、弁置換術そのものにも改良を加え、人工心肺装置の改良とともにより安全で確実な生体弁の置換術が可能となった。本研究の成績発表は、研究内容から中間報告的なことは困難であり、ようやく何年間かの経過観察結果から、英文での学術雑誌への投稿(3編)を進めているところである。いずれにしても本研究を基にして、すでにASやPSに対するジャンピング・バイパス術(生体弁装着)にも臨床応用されており、今後さらなる適用が拡大するものと思われる。動物が高齢化する中で、犬の獲得性心疾患の1つである心臓弁膜症の発生は増加傾向にある。しかし、本症における内科的治療法は確立されつつあるも、根本的な治療法である外科的根治術は全く未解決といえる。我々はこれまでに外科的療法の1つとして弁置換術の確立を目標に、新しい理論に基づくより良い生体弁の開発と臨床応用への可能性について実証してきた。今回の研究では、従来の豚大動脈を用いた異種生体弁の改良はもとより、さらに同種大動脈弁をも開発し、両者間にて比較検討し、より良い生体弁の開発を試みた。先ず、これまで開発した第3世代の豚大動脈弁処理弁を移植し、詳細に血行動態的、病理組織学的に検討し、処理方法および材質に検討を加え、より良い抗血栓性、耐久性ある第4世代の生体弁を作製した。それらの弁を健康犬を用いて僧帽弁置換を実施した。移植後、臨床的、血行動態学的(胸部X線、心エコー、心電図、心血管造影他)に経時的に観察したところ、いずれも第3世代弁に比較し、弁の柔軟性、耐久性において優れていることが判明した。現在(移植後8ヶ月)さらに観察を継続している段階である。併せて臨床における応用も考慮し、その体制も確立中である。本研究の目的は、動物の高齢化とともにその発生が急増している犬の獲得性心疾患の1つである心臓弁膜症(僧帽弁閉鎖不全症)に対する外科的根治術を確立することにある。そのためには先ず高価な機械弁より生体弁に着目し、豚大動脈弁より従来より問題となっていた耐久性、抗血栓性を賦与した生体弁を試作し、手術方法の確立と併せ弁置換後長期にわたり、経過観察をした。

生体弁の作成に際しては、先ず抗血栓性は解決したものゝ耐久性に問題があり、生体弁の処理工程を改善した。具体的にはデナコール処理と、グルタールアルデヒド処理の両者を組み合わせ、柔軟性を保持しつゝ、かつ耐久性ある抗血栓性の生体弁の作成に成功した。現在、第4世代弁を試作し、実験に供しているが、2年間という長期生存にも耐用しうる生体弁の開発が可能となってきた。また弁置換術の手術術式にも試行錯誤を繰り返し、現在では体外循環下開心術下に確実、安全に弁置換が可能となった。今後は小型犬に多発する僧帽弁閉鎖不全症に適したサイズの生体弁を試作し、臨床応用を計画中である。本実験研究によりコンパニオンアニマルの多発疾患である僧帽弁閉鎖不全症に対し1つの新しい外科的手術法が確立された。昨年度までに開発した第三世代弁に対し、未だ問題として残っている弁尖の運動に対し、生体弁処理工程をさらにマイナーチェンジすることにより新しい第四世代弁を開発、試作した。本年度は昨年度に引き続いて第四世代弁移植犬の観察を続行した。本弁による移植後生存期間は初期移植群では、すでに3年を経過し、生体弁移植としては画期的な記録を更新中である。本年度は併せてさらなる第四世代弁移植を実施し、より詳細に循環動態等のパラメーターを採取し、評価している段階である。いずれにしても3年以上の生存記録が得られたことは犬の寿命の10-15才を考慮すれば臨床応用可能な段階に来ているといえる。今後は長期観察後の死亡時において、詳細な移植弁の形態学的、組織学的検索を行う。さらに本研究の結果をもとに臨床現場において機会があれば生体弁による僧帽弁置換術を計画するとともに、臨床応用の啓発・普及を進める。
トラフグ口白症ウイルスの全ゲノム解読とワクチン開発

トラフグ口白症感染脳に出現する3種類のRNA配列(kuchijirosho associated RNA: KAR)を得た。3種類とも相同性検索によって類似の配列を得ることができなかったため、新規のウイルス種と考えられた。演繹アミノ酸配列も相同性が高い配列は検索されなかった。タンパク質の高次構造予測では、ウイルスRNAポリメラーゼとアルギニンキナーゼに類似していた。いずれもウイルス関連遺伝子である。ところが、カプシドあるいはエンベロープタンパク質に相当する遺伝子はみつかっていない。口白症感染培養細胞をホルマリン処理してトラフグに接種したが、ワクチン効果は得られなかった。口白症ウイルス関連RNA(ゲノム配列と特定されていないため、この呼称を用いる。以下、KARと略記する)の塩基配列をプローブにしてハイブリダイゼーションした場合、既知配列以外の配列はハイブリダイゼーションされなかった。そこで、ウイルスゲノムの未知配列をクローニングするためループPCRという方法を採用してクローニングを試みたところ、一定量のcDNAを増幅することができた。現在次世代シーケンサーで塩基配列を解読する作業を行っている。in situハイブリダイゼーションでKARの発現部位の検出を試みたところ、小脳の一部を除く全脳の神経細胞において発現することが明らかになった。口白症が劇症に推移して予後が極めて不良な理由は、全脳の神経細胞の機能不全によるものと推測される。既知のKARをプローブにしてノザンハイブリダイゼーションを行ったところ、感染脳では約8000塩基のRNAが反応した。しかし、反応量は少なく、約1000塩基のRNAが強く反応した。これまでのクローニングされたのはこの約1000塩基のRNAだったと推測される。約8000塩基のRNAが全長のゲノムだとしたら、この配列を解読しなければならない。トラフグの脳の初代培養を用いて、ワクチンの製造を行った。ゲノムの全長が推測されたが、全ゲノムの解読には至らなかった。ワクチンの製造が進んでいる。(1)口白症ウイルスゲノムの解析:感染脳からRNAを抽出し、rRNAの除去剤とループPCR法を用いて、未知塩基配列のRNAからcDNAを調整し、次世代シーケンサーを用いて塩基配列を決定した。BLAST解析によってトラフグゲノム配列以外の配列を検索したところ、Porcine picobirna virusとDengue virusの類似配列を多数確認することができた。しかし、ウイルスゲノム全体をカバーすることができなかったため、さらに解析を進める。(2)口白症ワクチンの開発:トラフグ脳の初代培養に口白症ウイルス(感染脳磨砕濾液)を接種し、ウイルスが増殖したのち、培養全体をホルマリン処理してトラフグに免疫した。その後、口白症を攻撃接種したところ、ワクチン接種後3日目に防御効果が見られた。免疫関連遺伝子の発現量を測定したところ、I型インターフェロンの増加を認めた。ワクチン接種3日以降、ワクチンによる防御効果は低下したため、さらに効果の高いワクチンを作成する必要がある。ゲノム解析、ワクチン開発とも、部分的に成功している。今年度中には完成する見込みである。高次構造予測から、KAR-AとKAR-Bはウイルスのポリメラーゼ、KAR-Cはアルギニンキナーゼと一部の構造が類似していることが推測された。ウイルスタンパク質の中で量的に最も多いと予測されるカプシドタンパク質は推測されなかった。KARの検出感度を上げるため、KAR-A、KAR-B、KAR-Cが二本鎖であると仮定して、それぞれに特異的な塩基配列のフォワードとリバースの両者をプライマーに用いて逆転写し、約100bpを増幅するPCRプライマーを使ってPCRしたところ、高感度でKARを検出することができた。これらのプライマーを用いて定量RT-PCRを行い、実験感染後の脳内KAR量を経時的に測定したところ、接種2日後から7日にかけて急激に増加することがわかった。8日目からは死亡する個体が現れたが、まだ生きている個体の脳内KAR量はさらに増加していた。量とその推移は3つのKARとも同等であった。これらの結果から、口白症の症状はKAR量と相関していることがわかった。ワクチンを開発するため、口白症ウイルスを接種したトラフグ卵巣初代培養をホルマリン処理してトラフグに注射したとここ、炎症性サイトカイン類の上昇は認められたものの、口白症ウイルスの攻撃接種に対する防御効果は得られなかった。口白症ウイルスのゲノムの全長を解読する。ワクチンの効果を検証する。(1)完全長ゲノムを得るには至らなかった原因は、ウイルス感染後期の脳を出発材料にしたからと推測される。感染初期にはウイルスゲノムの複製量は少ないものの、完全長ゲノムを得ることが可能と考えられるため、これまでに得られた部分配列をプライマーとして用いて、完全長ゲノムをRT-PCRによって得ることができると考えている。

(2)感染細胞のワクチン効果は不完全であったことから、ゲノム配列をもとにしてリコンビナントワクチンの作成を試みる。水族病理学当該年度予算はほぼ使い切り、わずかな残余が生じた。本年度はゲノムの解析作業にほとんどの時間を費やしたため、実験にかかる費用の支出が少なかった。物品費に支出を予定している。解析結果を受けて、次年度は再び実験を行う予定であり、当該費用はその支出に充てる予定である。
テクスチャー知覚のための高次受容野神経機構の解明

初期視覚野細胞が示す周辺抑制現象は、テクスチャーなどで定義される高次輪郭線の検出に役立つことが示唆されてきたが、これらの輪郭情報が細胞群全体でどのように表現されているかについてはよくわかっていない。これを調べるため、初期視覚野細胞の古典的受容野および抑制性周辺領域のマップ化を行った。新しい受容野再構成法を用いて解析した結果、多くの細胞において、2つの領域は互いに同じ向きに伸び、その向きや幅は細胞によって異なっていた。以上の結果から、周辺抑制は、高次の輪郭特徴を様々な方位や幅(周波数)に分解して表現する機能をもつと考えられる。われわれがものをみるとき網膜に映しだされているのは複雑な2次元の光パターンである。しかし、われわれはこのパターンを瞬時に共通のテクスチャー(模様)や特徴をもっ空間領域に分割して知覚できる。本研究では、テクスチャー処理のための初期視覚野(V1,V2野)の機構を検討した。視覚野の細胞の機能は、受容野とよばれる細胞が光刺激を受け取る領域)の空間構造に強く依存することから、受容野構造を詳細に調べる研究を行った。過去の研究から、多くの細胞は、光刺激に興奮応答する領域(古典的受容野とよばれる)を中央にもち、その周囲に呈示された刺激から抑制を受けることが知られている。このうち、古典的受容野の空間構造はその詳細がすでに明らかにされ、この領域だけではテクスチャーの処理は行えないことがわかっている。そこで、本研究では、申請者が最近開発した新しい高次受容野解析手法を麻酔不動化したネコV1野細胞に適用して、古典的受容野および周辺領域の両方の構造を高次受容野として詳細に求める研究を行った。高次受容野を測定するために考案したコントラスト変調刺激とよばれる視覚刺激にたいする応答を測定した81個の細胞のうち、35個の細胞で受容野構造を再構成することに成功した。その結果、多くの細胞が、古典的受容野と周辺領域が同じ向きに伸びた空間構造をもつことがわかった。このような構造は、細胞がテクスチャーの境界の向きを検出するのに役立つ。また、これらの構造が伸びる方位は、細胞によって縦、横、斜めなどさまざまであった。以上の結果は、テクスチャーに基づく視野領域の分割は、周辺抑制をもつ初期視覚野の細胞群がテクスチャーの境界情報を系統的に伝達することで行われることを示唆している。この成果は、昨年度の第30回日本神経科学会で発表し、現在論文を準備している。物体認識に重要な輪郭情報は、明るさの違いのみならず、テクスチャーやコントラストの差異で定義される場合がしばしばある。しかし、後者の輪郭を検出する機構はよくわかっていない。本研究では、テクスチャー境界検出のための初期視覚野(V1, V2野)の受容野構造を詳細に調べる研究を行った。この成果は、2008年度北米神経科学学会で発表、2009年(電子版は2008年)に神経生理学において伝統ある標準的雑誌であるJ. Neurphysiology誌に掲載されたほか、現在もさらなる論文を準備している。
外圧をうける船舶・海洋構造物の強度に関する研究

1.補強円筒殻の全体圧壊に関し、エネルギ法より座屈方程式を導出し、圧壊圧力を算出した。実験値や他の解析値と比較し精度の高いことが確認できた。大きい補強材では、有効幅の考え方より断面形状に関与する式を提案した。2.NC工作機械を用いて作られた機械加工による実験模型は完全な円筒とみなす事ができる。したがって補強円筒殻の全体座屈について、数値的理論計算における合理的なモデル化の方法を理論値と実験を比較確認した。3.船舶・海洋構造物の最終強度にいたる過程で生じる座屈、塑性を含む非線形解析を短時間で精度よく解析できる理想化構造要素法のための矩形板および防#板要素を開発した。実験やFEMと比較して高精度を確認した。4.船体横断面が縦曲げ荷重のもとで示す最終強度および崩壊機構を精度よく計算できる簡易解析法を開発した。本解析法の精度は、計算結果を既存の実験結果と比較することにより確認された。5.衝撃荷重を受けるT形断面薄肉梁の横倒れ座屈発生の条件、および大きな曲げ変形を生じた場合の不等辺山形鋼防撓材の有効性について、実験と簡単な計算によって調べた。6.極限波浪中のセミサブの確立的強度評価システムを開発するとともに、実機相当モデルに対して数値計算を行い、臨界的な部材あるいは主要崩壊モードとその生起確率の傾向等についての特徴を考察した。7.低次有限要素モデルによる構造要素の圧壊解析プログラムを作成し、鋼管のクラッシュ挙動、補強円筒殻の外圧による圧潰挙動の解析を行い、実験結果との比較を通じ、その有効性・問題点に関し検討した。1.円筒型潜水調査船や海洋構造物の主構成部材,板・薄肉円筒殻に対する座屈設計にその余剰強度を考慮した信頼性を加えるため、部材の作用応力の統計的考察と座屈強度の差異を考慮すべく実験理論の両面で検討している。2.外圧をうけるリング補強の円筒毅の全体座屈について理論的に研究した。1個のリングつき円筒を切り出し、周方向の座屈波数にしたがって初期たわみを仮定して座屈圧力の低下率を定めると、実験とよい一致を示した。3.矩形板が横荷重と面内荷重を受ける場合に,両荷重比とアスペクト比が板の挙動に大きい影響を与えることがわかった。余り大きくない横荷重は、面内荷重を受ける平板に対して、初期たわみのような影響を与える。4.船体横断面を座屈および塑性の影響を考慮した梁柱要素に分割して、船体縦曲げ最終強度を解析する計算プログラムを開発し、異常荷重下における崩壊挙動を明らかにできるようになった。5.薄肉T型断面はりの衝撃横倒れ座屈に対する衝撃速度の影響を調べた。衝撃エネルギを一定にして衝撃速度を種々変えて実験を行った結果、衝撃速度が大になるほど横倒れ座屈が生じにくくなることが判った。6.極限横浪中のセミサブに作用する波力の統計的性質をモリソン式と線形化二次モーメント法により推定するとともに、この波力の下での構造の塑性崩壊に基づく最終強度の確率的な特性を求める方法を開発した。7.水面を貫通する鉛直円柱部材に加わる波浪外力を計測し、モリソン式における質量力係数および抗力係数に対するクーリガン・カーペンター数の影響を調べた。8.低次有限要素モデルによる板殻構造の圧壊解析プログラムを作成し、鋼管の圧壊強度問題、外圧を受ける補強殻の塑性座屈問題に対する実験結果と比較し、その有効性について検討した。1.リング補強の円筒殻の外圧による座屈現象は古くから研究されてきた.しかし,胴板の有効巾の決定については,種々の推定式が提案されたおり,かなり異なる値を与えている.

ここでは従来の研究を整理し,精度を高めたエネルギー法に基づいて解析を行い,より信頼できる式を提案した.2.潜水船の耐圧殻に用いられる補強円筒殻について,溶接によって建造された場合不可避的に初期たわみが生ずる.この初期たわみの影響により耐圧強度が減少することが予想される.この現象をフレーム1本を含むリング状の構造について,座屈波数が実際の殻の場合と等しいと仮定して,座屈圧力の低下率を定めると,別途行った実験とよい一致を示した.同様な方法で座屈時の有効巾を求めたが,これも実験値とよい一致を示した.3.船首部,船尾部では防燃材が外板に傾斜して付いているが,この傾斜と非対称性が外圧に対する外板・防燃材構造の強度に影響をおよぼすと考えられる.この問題を調べるためにL形断面の防燃材を付けた帯板の曲げ試験を行った.防燃材の傾斜角は90°と75°の二種とした.実験の結果,どの試験体も荷重は全塑性モーメントに達したが,対象断面およびトリッピングブラケット付きの試験体以外は,菱形が進行した最終段階で防燃材の横倒れを生じ急激に荷重が低下した.4.前年度に開発した,極限横波中のセミサブの確率的崩壊解析プログラムに座屈破損を考慮できるように改良を加えた.想定極限横波中に対して数値計算を行い,崩壊に与えるブレース材の座屈破損の影響が大きいことなどを明らかにした.斜波中に対して適用可能とするため,三次元波力計算と組合せた立体骨組構造の崩壊モードの自動選定と信頼性評価プログラムを開発した.今後は,想定極限斜波中に対して数値計算を行う予定である.1.外側からリング補強により補強され、両端単純支持された薄肉円筒殻の外圧に対する座屈理論をエネルギ法を使用することにより新たに提案し、精度の高い座屈値を得ることが確認できた。また、補強材が大きくなると全体圧壊の座屈の解析解と実験値が合わなくなることが指摘されていたが、補強材による胴板の有効幅の考え方を導入し、従来の式が補強材の断面形状に関与していない不合理性を指摘し、断面形状や断面積に関与した新しい式を導出した。2.最近のNC工作機械での工作精度は非常に確度が高い。したがって、機械加工された円筒殻実験模型は完全な円筒とみなす事ができる。この円筒殻を使用して補強円筒殻の全体座屈について、数値的理論計算における合理的なモデル化の方法を、実験と理論とを比較し理論の確実性を確かめた。3.T形断面鋼製梁のスパン中央に重鍾が衝突する場合を取り扱った。静的座屈荷重が塑性崩壊荷重より低い場合でも必ずしも座屈は生じない。座屈発生の条件を実験と簡易モデルによる計算を実施した。また、不等辺山形鋼とT形鋼の防とう材について大変形の曲げ試験を行い、横倒れ変形による有効性の低下について検討した。4.斜波中にあるセミサブの確率的強度評価を可能にするため、モリソン式と線形化二次モーメント法による三次元波力特性の計算と組合せて、立体骨組構造の強度とそれに基づく信頼性を評価するシステムを開発した。二三の想定極限斜波中のセミサブに対して数値計算を行い、臨界的な部材や崩壊モードとその生起確率の傾向等の特徴を明らかにした。さらに、入射波向や波頂位置の強度におよぼす影響についても検討した。
低酸素/低栄養状態におけるmTOR活性に着目した癌幹細胞の放射線抵抗性の解明

癌の放射線治療において放射線抵抗性細胞の存在は重要である。低酸素細胞は必ず低栄養状態にあることから低栄養状態も放射線抵抗性に関与していると考えられる。低酸素/低栄養状態での放射線抵抗性を選択的に解除する分子標的として細胞内栄養センサーmTORに着目した。通常、低栄養状態の細胞においてmTOR活性は抑制され放射線抵抗性を示すが、肝癌細胞においてmTORは活性化され放射線高感受性を示した。肝癌細胞のmTORの発現抑制によって放射線高感受性が抑制されmTORの放射線抵抗性への関与が示唆された。肝癌細胞においてmTORは低栄養状態での放射線抵抗性の選択的解除に関与する可能性が本研究によって示唆された。近年、低酸素/低栄養状態などのストレスに応答後、細胞増殖の停止およびオートファジーの活性化において中心的な役割を担うmTORの放射線感受性への関与が報告されている。低酸素/低栄養状態は癌幹細胞や潜在的致死損傷からの回復(PLDR)に深く関与していると考えられている。本研究の目的は、低酸素/低栄養状態での放射線抵抗性に対するmTORの関与を明らかにし、癌幹細胞等の低酸素/低栄養状態での放射線抵抗性を選択的に解除する分子標的を探求することである。研究代表者は、既に低栄養状態でmTORが活性化する細胞と不活性化する細胞を発見し、低栄養状態による放射線感受性の変化との相関を見出していた。まず、mTORの活性化に関連する作用因子としてmTOR活性を抑制するAMPKおよびmTOR活性を亢進するAktの活性化を解析したところ、コントロール細胞を含む全ての細胞株において活性化されていた。また、mTOR活性化に関連する別の作用因子としてATMおよびHIF-1alphaの活性化も解析したが、mTOR活性化との関係は認められなかった。低栄養状態におけるmTORの活性化にはAktの活性化が関与する可能性が考えられる。次に、放射線感受性とmTORとの関係を明らかにするため、低栄養状態においてsiRNAまたはラパマイシンによるmTOR特異的な抑制を試みたところ、低栄養状態でmTORが活性化する細胞の放射線感受性の低下が認められた。また、細胞周期解析も行ったが、低栄養状態でmTORが活性化する細胞において放射線抵抗性となるS期の割合は増加しており、放射線高感受性との関係は認められなかった。以上のことから、低栄養状態でmTORが活性化する細胞におけるmTORの放射線抵抗性への関与の可能性が示唆された。腫瘍組織において酸素/栄養状態は毛細血管からの距離に従って低下し、一部の細胞群は放射線抵抗性を獲得する。低酸素状態が細胞の放射線抵抗性に関与することはよく知られているが、低栄養状態と細胞の放射線感受性との関係は不明な点が多い。研究代表者は、mTORが低栄養状態で活性化する肝癌細胞株(HepG2およびHuH6-Clone5)および不活性化する繊維芽細胞株(LM217)を発見し、低栄養状態による放射線感受性の変化との相関を見出した。mTORの活性化に関連する作用因子としてmTOR活性を抑制するAMPKおよびmTOR活性を亢進するAktの活性化を解析したところ、コントロール細胞を含む全ての細胞株において活性化されていた。また、mTOR活性化に関連する別の作用因子としてATMおよびHIF1αの活性化も解析したが、mTOR活性化との関係は認められなかった。次に、放射線感受性とmTORとの関係を明らかにするため、低栄養状態においてsiRNAまたはラパマイシン(mTORC1特異的抑制剤)によるmTOR特異的な抑制をHepG2において試みたところ、低栄養状態でmTORが活性化する細胞の放射線感受性の低下が認められた。以上より、mTORC1は低栄養状態の肝癌細胞株において活性化され、放射線感受性に関与する可能性が示唆された。本年度では、mTORC1が低栄養状態の肝癌細胞株において活性化され、放射線感受性に関与する可能性を示すことができた。これは代謝と放射線感受性の関係性を示唆しており、低酸素状態だけでなく、低栄養状態も放射線感受性に影響を与える要因のひとつになり得ると考えられ意義深い。これらの成果は国際学会および査読付き国際誌において公表されている。以上よりおおむね順調に進展していると考えられる。腫瘍組織内において酸素/栄養状態は毛細血管からの距離に従って低下し、一部の細胞群は放射線抵抗性を獲得する。放射線治療成績の向上には低酸素細胞の放射線抵抗性の克服が重要であるが、臨床的に考えた場合には低酸素細胞は必ず低栄養状態にあり、低栄養状態が放射線感受性に及ぼす影響も同様に重要となる。そして低栄養状態と細胞の放射線感受性との関係は不明な点が多い。本研究の目的は、低酸素/低栄養状態での放射線抵抗性に対して、栄養センサーとして知られるmTORの関与を明らかにし、癌幹細胞等の低酸素/低栄養状態での放射線抵抗性を選択的に解除する分子標的を探求することである。研究代表者は、前年度までに実施した研究により、通常、低栄養状態では抑制されるmTORC1の活性がヒト