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成体脳のニューロン再生における死細胞の貪食過程とその意義

脳に存在するニューロン(神経細胞)の大部分は、胎生期あるいは生後の発達期に作られる。しかし、多くの動物種において、脳内で外界からの嗅覚情報を処理する嗅球においては、成体においても継続的にニューロンの細胞死とニューロン再生が起こっていることが知られている。以前研究代表者らは、二光子顕微鏡を用いて、嗅球ニューロンが細胞死によって除去され、同じ場所に同じ種類のニューロンが再生するという嗅覚入力依存的なニューロン再生メカニズムを見出した。本課題では、二光子イメージング等を用いて、ミクログリアが死んだニューロンを除去し、新しいニューロンの再生を助ける生理的なメカニズムの詳細を明らかにすることを目的としている。平成30年度は以下の実験を実施した。1)ミクログリアの貪食動態と機能:ミクログリアは死細胞を貪食することが知られているが、生後脳における新生ニューロンの貪食動態とその意義については不明な点が多い。昨年度に引き続き、嗅球内の死細胞とその貪食過程を、電子顕微鏡等で解析し、細胞死の特徴などを明らかにした。前年度検討した貪食抑制効果を有する分子を応用した実験方法を確立した。2)ミクログリアが誘導するニューロン再生機構の解明:ミクログリアが単に死んだニューロンを除去するのみならず、積極的にニューロン再生を促進しているという仮説を検討するため、昨年度に引き続き、ミクログリアがニューロン再生を促進する可能性のある分子機構についての解析を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。以前代表者らは、二光子顕微鏡を用いて、嗅球ニューロンが細胞死によって除去され、同じ場所に同じ種類のニューロンが再生するという嗅覚入力依存的なニューロン再生メカニズムを見出した。平成29年度実験実施計画に沿って、以下の研究を行った。(1)貪食中ミクログリアの形態と周囲環境の解析:マウス脳の嗅球において、ニューロンが細胞死を起こした後、ミクログリアによって捕捉・貪食されるしくみの詳細を明らかにするために、死細胞やミクログリアの微細構造、及びそれらの周囲の細胞群を、電子顕微鏡などを用いて解析した。(2)ミクログリアによる貪食作用がニューロン再生に与える影響の解析:嗅球内で、死んだニューロンをミクログリアが貪食をすることによって、新しいニューロンの再生にどのような影響が生じるかを調べるための解析を行った。また、マウスにおいて死細胞の貪食を特異的に抑制する実験の準備を行った。(3)ニューロン再生を促進する因子・環境の探索:ニューロンが死んだ後で、ニューロンの再生を促進する因子の候補について、その特徴を解析した。嗅球内におけるニューロンの細胞死と貪食細胞の形態学的な特徴についての情報が得られた。細胞死の後でニューロンの再生を促進するメカニズムについての手がかりが得られた。また、貪食を抑制する実験の準備も、順調に進んでいる。平成29年度に得られた情報に基づき、ニューロンの細胞死と再生のメカニズムについて、動物実験や細胞培養などを用いてさらに詳細に解析する。準備中の方法を用いて細胞の貪食を抑制し、再生に与える影響を解析する。
福島原発事故後の樹木への放射性物質吸収経時変化

福島第一原子力発電所事故により放射能汚染された福島県の大半は山林。杉や檜の常緑樹が植林されている。事故時に降下した放射性物質の常緑樹の葉に付着した。常緑樹の葉のサイクルは2-3年である。現在、放射能汚染された葉は枯れ葉となり、地面に落下している。放射性物質は地面に浸透することなく、山林の表層に停留している。落下葉がバクテリア分解され山林土壌と同化するのはさらに先。本研究では、飯舘村南部の高放射線量地域で、今後20年から30年にわたる放射性物質の樹木への移行を系統的に測定し科学知見を得る目的で、3年の研究期間で測定手法を確立し、得た知識を住民と共通認識し、住民の安心・安全に貢献する。2015年に飯舘村反田地区・山林、および沼地区・山林を長期に貸借して、山林に自生する楓などの落葉樹木を決定し、葉の採集を開始した。葉の採集は葉の成長する2015年6月と、落葉の季節10月の二回に分けて行った。残念ながら10月は落葉が進んでいて、採取時期が少し遅く、多くの葉が落葉していた。飯舘村反田地区、沼地区ともに2011年の福島第一原発事故後、6月には山林中の環境放射線レベルは毎時10マイクロシーベルト程度であったが、この5年で、急激に下がり3マイクロシーベルト程度となっている。杉や檜などの常葉樹の葉の落葉のサイクルは4ー5年である。この事実は福島第一事故直後に常葉樹の高所の葉に付着した放射性物質が山林表面に落ち、かつ、樹木がγ線を遮蔽することにより、結果として環境放射線レベルが下がることに起因すると解釈される。決して、山林に降下した放射性物質の総量が少なくなったわけでは無い。採取した葉はイメージング・プレートによって、地面から樹木に吸収され、葉に届いた放射性物質(主に半減期2年のセシウム134半減期30年のセシウム137)の吸収状況を調べた。低い放射線環境バックグランドで測定するため、イメージングプレート周りのシールドを強化し、低バックグラウンド放射性物質イメージ測定を可能とした。研究結果の一部を京都大学・基礎物理学研究所で11月に開催された研究会で紹介した。講演内容は23ページの英文レポートとしてまとめた。放射性物質は、毎年、山林地面から落葉樹の葉に蓄積されて、落葉を繰り返して行く。したがって、落葉樹に貯まる放射性物質量の測定は、山林地面に蓄積され、浸透する放射性物質量の経時変化を推定する良い測定量となる。貸借した山林持ち主、飯舘村役場の村長はじめ、関係者の協力が大きい。平成27年度に引き続き、6月と9月に福島県飯舘村小宮反田の庄司久氏の所有している山林、及び小宮沼平の沼惇氏の所有の山林に出向き、落葉樹の葉の採取を行った。福島第一原発事故によって放出され山林に降下した放射性物質(主に半減期30年の137Cs)の樹木による吸収の時間経過依存を測定するのが目的である。どちらの山林でも空間線量率(地面から1m高い地点)は2011年6月の30マイクロSv/hのレベルから大幅に減少して1.5-3.0マイクロSv/hレベルと下がっている。採取した落葉樹は葉形を保つように専用シートに挟み乾燥させた後、大阪大学に持ち帰り、イメージング・プレートによる測定を行っている。測定結果の一部は平成27年11月6日に行われた京大基礎物理学研究所での講演発表会のプロシージング論文として平成28年5月に発表された。イメージング・プレートによる落葉樹の葉に吸収された個々の放射能イメージング測定は約3日程度かかるので、現在も多数枚の葉の測定が継続されている。飯舘村は山々に囲まれた美しい村である。これらの研究成果は、今後、山林での降下放射性物質の長い時間経過での挙動を明らかにし、住環境や除染について考えるための基礎データとなる。一方、大阪大学核物理研究センターを中心として、大学学生に環境放射線を系統立って教育する必要があるとの要望があった。本科研費に参加している放射線に対しての広汎な知識と経験を持つ教員を中核として、飯舘村で「環境放射線を学ぶ研修プログラム」を行い、学生に対しての正しい放射線に対する理解をしていただこうとの要請があった。いずれは、大阪大学の全学的プログラムとして運用するためのパイロット・プロジェクトとして9月19日-23日の期間で約15名の学生を集めて、研修教育プログラムを実施した。同プログラムは、平成29年度も実施の予定である。飯舘村山林の落葉樹を採取し、樹木に吸収した放射性物質の葉への吸収を測定している。福島第一事故後まだ5年程度しか時間経由していないので、放射線物質吸収はわずかである。事故後、放射性物質は山林地面にも降下したが、主に、常緑樹の葉などに吸着したものと考えられる。事故後5年も経過すれば、常緑樹の葉はすべて地面に降下したと考えられる。これらの放射性物質は、一時、枯葉の降り積もったリター層に留まり、その後、バクテリア、動物などに食べられ、大地循環過程に進む。樹木に放射性物質が吸収されていくのはまだまだ時間がかかる。本計画の成果を達成するために、これからも、根気よく測定を継続していく。2011年3月の福島第一原子力発電所事故により福島県を中心とした広域が放射能汚染された。福島県は70%が常緑樹に覆われた山林である。

原発事故により放出され雨や雪に混じって降下した放射能は杉や檜などの常緑樹に葉に降下し付着した。これら常緑樹の葉のサイクルは2ー3年でである。我々が研究を開始した2015年には放射能が付着した、これらの葉は枯葉となり、山林地面に落ちたと考えられる。これらの山林表面に落ちた放射性物質は、今後、20年から30年の放射性物質の環境循環の過程に入る。本研究では、飯舘村南部の高放射線地域2か所(庄司久、沼惇さん所有山林)をサンプル地として選び「落葉樹の葉への放射性物質の時間的経時変化」を測定した。落葉樹の葉を選んだのは、毎年、放射性物質を吸収し葉に蓄積された放射性物質が落葉という事で、吸収放射性物質がリセットされるからである。3年という短い研究期間ではあったが、イメージングプレートを効果的にシールドすることで、低線量放射性物質の葉へ吸収でも、明瞭な画像取得に成功した。調査結果で取得した科学知見は、飯舘村にも報告し、地域住民にも2018年3月に報告した。本研究では、ほとんど人の入らない放射能汚染地の山林でのサンプル葉取得が必須である。このための飯舘村菅野村長や役場の人の協力も得られ、大阪大学と飯舘村の研究教育協力体制も構築出来た。この協力体制のもとで、大阪大学の約20人の学生に対しての環境放射能教育を飯舘村協力支援の下で大学の正式カリキュラムとして行うようになった。今後、長期にわたる活動は、大学の教育プログラムの一環としても継続可能となったのは大きな成果とも言える。福島第一原子力発電所事故により放射能汚染された福島県の大半は山林。杉や檜の常緑樹が植林されている。事故時に降下した放射性物質の常緑樹の葉に付着した。常緑樹の葉のサイクルは2-3年である。現在、放射能汚染された葉は枯れ葉となり、地面に落下している。放射性物質は地面に浸透することなく、山林の表層に停留している。落下葉がバクテリア分解され山林土壌と同化するのはさらに先。本研究では、飯舘村南部の高放射線量地域で、今後20年から30年にわたる放射性物質の樹木への移行を系統的に測定し科学知見を得る目的で、3年の研究期間で測定手法を確立し、得た知識を住民と共通認識し、住民の安心・安全に貢献する。6月の葉の採取時期を少し早め、10月の葉の採取時期を9月に行う。葉の採取と吸収された放射性物質のイメージングプレートによる地道な測定を継続していく。研究成果をまとめ、成果発表を行っていく。並行して、大阪大学での「環境放射線を学ぶ研修プログラム」にも協力していく。朝日新聞2016年6月2日夕刊記事「阪大、福島で原発事故を学ぶ」として紹介された。読売新聞2016年6月22日朝刊記事「阪大が飯舘村で研修へ」として活動が紹介された。産経新聞2017年11月21日の記事「原発事故の現状学び復興支援」として紹介された。イメージング・プレートでの測定が長時間必要であることが分かった。このための基礎測定を2015年度に行った。研究計画を早めに進展したいので、イメージング・プレートのシールドを強化するための資金を残した。9月に葉の採取を行ったが、この葉の採取は飯舘村で大阪大学がパイロットプログラムとして開催した学生への放射線教育実施と併用して行った。
ヘテロ原子間相互作用による有機活性分子種の創案

2ヶのカルコゲン原子が接近した状態で2電子酸化すると、化学結合としては全く新しいジカルコゲナジカチオンが生成する。このジカチオンは環状化合物やアリール置換体では通常安定で、1,5-ジカルコゲナシクロオクタン骨格を持つ、S,Se,Teのジカチオンは単離され構造が決められている。しかし、非環状の化合物、例えばビフェニルのo,o'位、ナフタレンの1,8-位にアルキルカルコゲニル基を有する化合物では、酸化すると容易に脱アルキル化が進行し、チオスルフォニウム塩のような塩が定量的に得られた。この脱アルキル化反応を上記のカルコゲン化合物と2-メチルチオメチルフェニルアルキルスルフィド(1a)、セレニド(1b)、テルリド(1C)をモデル化合物とし、NOBF_4を用いた-CH_3CN中での酸化反応を行った。(1a)(1c)について反応をそれぞれ^1H-NMRにより追跡した所、いずれもジカチオンが生成するが安定性はTe>>Se>Sとなり、Te体のジカチオンは非常に安定な形で単離できた。この反応は-40°C以下で行ったが反応温度の上昇により1a,lbはアルキル基がEt,Pr,i-Pr等では脱アルキルが起こり、その際アルキル基はいずれも炭素カチオン体としてCH_3CNにトラップされ、加水分解によりN-アルキルアセトアミドに変化した。この反応の機構は速度論的実験、光学活性な1-フェネチル基を用いた立体化学の研究より、SNI型の反応で進行し、通常のSNl反応では生成し難い一級のカルボカチオンが生成することを見出した。またジカチオン種の安定性についてのab initio分子軌道計算から、ジカチオンの中心原子の電気陰性度の減少と共に脱離するアルキル炭素とカルコゲン原子間の結合次数が増加するためという結論が得られ、実験結果をよく説明している。この結果はカルコゲンジカチオンの生成により分子が強く活性化され、モノカルコゲニウムカチオンの反応より、10^<10>以上の反応性を示すことが明白になった。同様に分子内では相互作用が考え難い、1,3-,1,4-ビスアルキルチオベンゼンでは同じ条件で2分子間でのジカチオン(テトラカチオン)の生成を経由する反応を新たに見出し、新しい活性カルコゲン分子創製に成功した。1,11-(メタノセレナメタノ)-5H,7H-ジベンゾ[b,g][1,5]ジセレノシン(1)とオキサセレノシン同族体(2)を合成し、NOBF_4による酸化、または(1)のモノオキシドの(CF_3SO_2)_2O[Tf_2O]や濃硫酸との反応によりジカチオン(3)、(4)を生成した。(3)、(4)は、^1H,^<13>C,^<77>Se-NMRにより構造を推定した。最終的に(1)、(2)、(3)、(4)は単離精製した後、X-線結晶構造解析によりその構造を決定した。(1)はtwin-chair型、ジカチオン(3)、(4)はいずれもtwin-boat型のコンホメーションに変化しており、ジカチオンにおいてはそれぞれ中心のセレン原子が、3中心4電子セレヌランとなり、2つのセレン、セレンと酸素がそれぞれアピカルの配位子、ベンゼン環と孤立電子対がそれぞれエカトリアルの配位子となる三方両稚構造(TBP-構造)であることが判った。また、ab initio分子軌道計算により、陽電荷の内、殆どが中心のセレン原子にあり、ベンゼン環やベンジル炭素はむしろ陰電荷をもっていることが明らかとなった。サイクリックボルタンメトリーを用いた(1)の酸化還元電位、ジカチオン(3)の酸化還元電位は完全に同じ所に一つずつピークとして現れるが、それらの強度はそれぞれにおいて異なっている。波形は何回掃引しても同じであるから、(1)とジカチオン(3)はいずれも酸化還元によっても分子は分解しないことを示しており、(1)→(3)への酸化、(3)(1)への還元は可逆的であり、ラジカルカチオンを中間体とする“分子ヒステリシス"の性質を示すものと考えられる。次に、1、8-ジ-(8-フェニルセレナナフチルセレノ)ナフタレンを合成し、NOPF_6を用いた酸化反応によりビスセレヌラン、テトラセレナテトラカチオンの発生を試みた。

(1a)(1c)について反応をそれぞれ^1H-NMRにより追跡した所、いずれもジカチオンが生成するが安定性はTe>>Se>Sとなり、Te体のジカチオンは非常に安定な形で単離できた。この反応は-40°C以下で行ったが反応温度の上昇により1a,lbはアルキル基がEt,Pr,i-Pr等では脱アルキルが起こり、その際アルキル基はいずれも炭素カチオン体としてCH_3CNにトラップされ、加水分解によりN-アルキルアセトアミドに変化した。この反応の機構は速度論的実験、光学活性な1-フェネチル基を用いた立体化学の研究より、SNI型の反応で進行し、通常のSNl反応では生成し難い一級のカルボカチオンが生成することを見出した。またジカチオン種の安定性についてのab initio分子軌道計算から、ジカチオンの中心原子の電気陰性度の減少と共に脱離するアルキル炭素とカルコゲン原子間の結合次数が増加するためという結論が得られ、実験結果をよく説明している。この結果はカルコゲンジカチオンの生成により分子が強く活性化され、モノカルコゲニウムカチオンの反応より、10^<10>以上の反応性を示すことが明白になった。同様に分子内では相互作用が考え難い、1,3-,1,4-ビスアルキルチオベンゼンでは同じ条件で2分子間でのジカチオン(テトラカチオン)の生成を経由する反応を新たに見出し、新しい活性カルコゲン分子創製に成功した。
抑うつへの被受容感・被拒絶感の影響の解明と効果的な治療・予防方略の開発

平成17年度は以下のように治療モデルの構成、および治療効果の検討を実施した。1)病理モデルの検討縦断研究平成16年度から継続して収集している縦断研究による資料を整理し、統計的分析処理を実施した。統計処理ソフトの進歩によって平成15年、16年に用意したパソコンがパワー不足であることがわかったので、新たに購入し、約200人の被験者の抑うつ得点、被受容感得点、被拒絶感得点、ライフイベント、などの諸要因の変動をみながら、抑うつの予測要因、促進要因、軽減要因を特定する分析処理を行った。研究成果の公表を準備するために補助を用いて図表などを作成した。自由記述研究平成16年度に収集した自由記述資料をブレーンストーミングによる整理を行った。整理した内容を体系的に図示し公表する準備を進めた。2)治療モデル・技法の効果測定事例研究平成15年、16年の成果を治療モデル・技法として体系化して整理した。その方法を抑うつが中心になる3つの事例に実施し、半年から1年弱継続して効果を検討した。3つの事例とも顕著な改善が見られ心理療法としては終結した。効果の持続性を検討するためにフォローアップ調査を継続している。なお、一部を国際学会で公表する準備を進めた。本年度は以下の内容で研究を進めた。成果とあわせて報告する。1.被受容感・被拒絶感と他者注目操作における情緒変動に関する実験重要他者との交流は情緒の調節手段として考えられるが、被受容感・被拒絶感に問題のある場合は他者との交流が情緒調整手段として機能せず、そのために抑うつ気分が長期化する可能性がある。大学生および一般の社会人を被験者とした重要他者への注目操作実験の結果、他者に大切にされていない、あるいは、他者にないがしろにされている、と感じている人は重要他者への注目でむしろ情緒が否定的に変動することが確認された。他者からの扱われ方の認知が気分の障害に関与していることが検証されたといえる。社会心理学会44回大会、認知心理学会第2回大会で公表。2.縦断的調査による抑うつ気分の持続プロセスの検証抑うつの自己-他者過程モデル(杉山、2002)を縦断的資料から検討した。「対人関係認知-自己認知-対人関係-対人関係認知」の循環過程から抑うつの持続を説明するモデルである。4ヶ月に渡る継続的な資料収集の結果、男性、女性ともこのモデルが支持された。また、自己没入には過去に気持ちが向かいやすい時間性認知の問題が伴うことも明らかになり、モデルも検証された。WCBCT2004(予定)で公表。3.医療・教育・福祉領域における心理的介入方略の研究抑うつ者における被受容感を高める他者対応に関する基礎資料を収集し整理した結果、「つらいことには触れない」「常に一緒にいてくれる安心感」「一人にされていない感じ」が情緒の回復と安定に深く関与することが示唆された。この見解に基づき、心理的対応を行った事例を検討した結果、これらの対応が十分になされた後、事例に適応的な変化が生じやすいことが検証された。一部を長野大学紀要、心理臨床学会第23回大会で公表。平成16年度は以下のように治療モデルの構成、および治療効果の検討を実施した。(1)治療モデルの実証的・統計的検討これまでの研究から治療的価値が高いことがしさされているライフイベントや対人関係の経験頻度が、抑うつ的認知過程の変動にどの程度関与するのか検討した。資料は長期間(半年)にわたる縦断的資料である(現在、分析中)。関与すると仮定される要因は、他者への不適切な自己開示、他者による拒絶的対応の頻度、肯定的または否定的対人ライフイベント量、および対人ライフイベントの絶対量、また行動傾向として自己没入傾向、社会的スキルの発揮、他者操作方略の頻度、他者に対する再保障の希求、ポストフェストウム的過去志向認知傾向、さらに新年傾向として甘えの断念性、などである。(2)心理療法による被受容感へのアプローチ(来談者中心的認知療法)の構成と効果の事例検討複数の心理療法の症例(事例)から、来談者中心的治療態度→被受容感へのアプローチ→来談者の気分の安定→認知過程の肯定的変容、という一連のプロセスを検討した。この方法を来談者中心的認知療法(学会発表では来談者中心的認知志向アプローチ)とし、検討した青年期の事例には非常に有効であることが示された。(3)他者注目操作の実験的検討自己注目の持続が抑うつを増強することが知られているが、実験的に他者注目に誘導した際の気分の変動を検討した。注目する他者は重要な他者であるが、関与する変数として重要な他者との現在の関係性(有無の2水準を考慮した。結果として、重要な他者との関係性が現在もある場合には、重要な他者への注目で気分が肯定的に変動することが明らかになり、他者注目による抑うつの軽減効果が示唆された。(4)アセスメント方法の考案被受容感へのアプローチは来談者が希求する対応を治療者が理解し、場合によっては実行する必要がある。希求する対応のアセスメントにMillonのパーソナリティ理論とDSMのパーソナリティ障害分類法を応用して、アセスメントする方法を提案し、アセスメントの有効性を事例から検討した。

統計処理ソフトの進歩によって平成15年、16年に用意したパソコンがパワー不足であることがわかったので、新たに購入し、約200人の被験者の抑うつ得点、被受容感得点、被拒絶感得点、ライフイベント、などの諸要因の変動をみながら、抑うつの予測要因、促進要因、軽減要因を特定する分析処理を行った。研究成果の公表を準備するために補助を用いて図表などを作成した。自由記述研究平成16年度に収集した自由記述資料をブレーンストーミングによる整理を行った。整理した内容を体系的に図示し公表する準備を進めた。2)治療モデル・技法の効果測定事例研究平成15年、16年の成果を治療モデル・技法として体系化して整理した。その方法を抑うつが中心になる3つの事例に実施し、半年から1年弱継続して効果を検討した。3つの事例とも顕著な改善が見られ心理療法としては終結した。効果の持続性を検討するためにフォローアップ調査を継続している。なお、一部を国際学会で公表する準備を進めた。
肝細胞アポトーシスに対するＮｒｆ２を介したカルノシン酸の制御分子機構の解明

カルノシン酸(CA)は、野生型マウスにおいてNrf2の抗酸化ストレスシステムの活性化を誘導しないことが明らかになった。一方、CAは正常肝細胞においてH2O2による細胞内総活性酸素ROSの上昇、LDHの細胞外漏出の上昇、さらに細胞死に対して著明な改善作用を持つことが明らかになった。このメカニズムは、Nrf2非依存であり、SIRT1を介して、ERK1/2の活性化の制御によるものである。さらに、CAは、肝癌細胞において細胞のアポトーシスを誘導する。CAの抗癌作用は,細胞種によって効果が異なる。SIRT1および下流のNrf2の活性化は,CAの作用機構に重要である。25年度では、1.酸化ストレス誘導性細胞毒性に対するCAの細胞保護作用; 2.肝癌細胞生存に対するCAの作用について検討した。<結果・成果> 1AML-12細胞および初代培養肝細胞においてCA 1μMまでの濃度では、細胞生存への影響は認められなかった。CA 1μMでは、Nrf2およびAMPKのリン酸化が検出されず、Sirt1が誘導された。2CA 1μMでは、H2O2による上昇したROSレベルおよびLDHの漏出が著明に抑制され、また、生細胞数も有意に増加した。さらに、CAは、H2O2による上昇したERK1/2のリン酸化を抑制した。3HepG2細胞の生存は10μMまでのCA添加による影響を受けなかった。一方, HuH7細胞の生存に対してCAは僅か2μMで著明な抑制作用を示した。4HuH7細胞では、CA添加後24時間にNrf2の核内移行が観察され、細胞内のNrf2リン酸化タンパク質レベルが上昇し、Sirt1も上昇した。また、AMPKの活性化は、2μM CAの添加で著明に増加した。対照として、HepG2細胞においてCAは、Nrf2の核内移行を誘導せず、AMPKおよびSirt1への影響も認められなかった。5CAによるNrf2の核内移行および細胞内のリン酸化Nrf2タンパク質レベルはSirt1阻害剤の添加によって抑制された。また、CAの抗癌細胞増殖作用がSirt1阻害剤によって阻害された。一方、AMPKの阻害剤は、CAの抗癌作用に影響を与えなかった。以上の結果から、CAは低濃度で、H2O2により誘導された酸化ストレスおよび細胞死を抑制することが明らかとなった。この作用は、Nrf2シグナルを介せず、Sirt1からMAPKへの制御によるものと推定された。一方、CAの抗癌作用は、細胞種によって効果が異なることが示唆された。Sirt1および下流のNrf2の活性化は、CAの作用機構として重要であることが示唆された。平成24年度では、1. CAによる酸化ストレス誘導性細胞毒性への抑制作用;2. CA腹腔内単独投与による肝臓内Nrf2活性化の有無;3.肝癌細胞におけるCAの作用について検討した。結果: 1.酸化ストレス誘導物質(staurosporine、TNFα、deoxycholateおよびH2O2)は、初代培養肝細胞の生細胞数を減少した。CAを混合添加した結果,生細胞数がいずれも有意に上昇した。CAは、SIRT1の蛋白質レベルおよびPTENのリン酸化を誘導した。酸化ストレス誘導物質らは、JNK、ERKおよびp38 MAPKのリン酸化を促進したが、CAと混合添加の場合、JNKのリン酸化の変動が見られず、ERKのリン酸化が抑制され、p38 MAPKのリン酸化がさらに促進された。2. CAの腹腔内単独投与では、肝臓におけるNrf2全細胞タンパク質レベルが上昇傾向を示したが、核内Nrf2タンパク質レベルは、コントロールに比べ、有意差が認められなかった。また、肝組織におけるSOD及びGSHの上昇は認められなかった。3.肝癌細胞HepG2においてCAは、SIRT1の蛋白質レベル、PTENのリン酸化およびNrf2の核内蛋白質レベルを共に促進した。考察:1. CAは、酸化ストレス物質誘導された肝細胞毒性に対して抑制作用を持つ。このメカニーズムは、JNKではなく、ERKおよびp38 MAPKが関与していることを示唆した。2. CAは、野生マウスにおいてNrf2の活性化を誘導せず、肝癌細胞においてNrf2抗酸化ストレスシステムを活性化し、癌細胞の浸潤を抑制することを示唆した。以上の結果から、CAは、酸化ストレスと関わる環境で保護作用を発揮することが示唆された。3. CAによるSIRT1及びPTENへの影響について、CAは、寿命延長、癌治療に応用できると考えられる。我々は、平成24年度から平成25年度まで正常肝細胞におけるカルノシン酸(CA)の保護作用を検討した。

CAは、H2O2による肝細胞内総活性酸素ROSの上昇及びLDHの細胞外漏出の増加、さらに肝細胞死に対して、著明な改善作用を持つことが明らかになった。また、SIRT1、ERK1/2はCAの肝細胞保護作用に関与することを示した。平成26年度では、我々はCAの保護作用の分子機構におけるSirt1及びERK1/2の役割をさらに検討した。結果: 1. H2O2投与肝細胞では、細胞内総ROSの産生及びLDHの細胞外漏出は、H2O2の濃度依存的に上昇し、細胞死がH2O2により誘導された。これに対して、ERKの阻害剤であるU0126の投与は、細胞内総ROSの産生、LDHの細胞外漏出、また、細胞死を抑制した。また、H2O2投与肝細胞では、ERK1/2の活性化蛋白質レベルが上昇し、SIRT1の総蛋白質レベルが低下した。これに対してCA単独投与およびCAとH2O2混合投与した場合、ERK1/2の活性化が抑制され、SIRT1の蛋白質発現が促進された。2. CAは, H2O2に誘導された細胞死を抑制したが、この作用は、SIRT1阻害剤であるEX527の投与によって抑制された。また、SIRT1のsiRNAが導入された細胞では、SIRT1の蛋白質発現が完全にブロクダンされ、CAの細胞保護作用も抑制された。結論:以上の結果から、CAは、SIRT1発現を促進することによって、H2O2に誘導された肝細胞酸化ストレスを抑制する。また、ERK1/2の活性化はH2O2の酸化ストレス誘導作用に重要であることが分かった。CAは、SIRT1を介して、ERK1/2の活性化を制御することによって抗酸化ストレス作用を発揮すると考えられた。肝臓学今年度の研究では、CAの抗薬剤性酸化ストレス作用および抗癌作用を検証したと共に、CAの上述作用機構におけるNrf2の役割も確認した。より詳細な作用機構が解明されれば、疾病の予防・治療に応用することが期待される。本年度は、初代培養肝細胞を用いて、CA添加による酸化ストレス耐性の誘導実験、Nrf2発現の誘導実験およびJNKリン酸化の誘導実験など、予定通りに遂行された。シグナル分子のBioplexスクリーニングについては、最初の仮説に基づいてJNKシグナル分子を中心に実施する予定だが、ERK, p38 MAPKシグナルがCAのシグナル伝達機構に関与している結果が得られたため、ターゲット分子リスト再作成し、Bioplexスクリーニングが次年度に延期することになった。26年度では,CAの抗薬剤性酸化ストレス作用におけるSirt1及びMAPKの役割について詳しく検討する予定です。そして、上述の研究結果を踏まえて、論文を作成する。今後の研究計画:1. CAが酸化ストレス条件下に肝細胞のNrf2システムを活性化するかどうかについて検討する。また、CAは、Nrf2を活性化させ、JNKリン酸化の抑制を介して抗酸化ストレス作用を発揮することが最初に予想されたが、今回の結果は、JNKではなく、ERK、p38 MAPKの関与を示した。次年度は、CAによる活性化されたNrf2システムとJNK活性化の関連について検討すると共に、ERK、p38 MAPKとの関与についても検討する。2. CAは、マウス個体レベルでの種々の肝障害(肝癌、薬物やアルコール性肝炎など)を抑制するか否か、また、この抑制作用は、Nrf2システムと関連するか否かを検討する。
遺伝性神経変性症の原因遺伝子の同定と解析

我々は、CTGリピートをもつ合成オリゴヌクレオチドをプローブとして、ヒト脳cDNAライブラリーから未報告のCAGリピートを含むクローンを分離し、染色体マッピングと患者DNAに対するPCRから、そのうちのMJD1と名付けた遺伝子がマシャド・ジョセフ病(MJD)の原因遺伝子であることを明らかにした。続いて、延長したCAGリピートから翻訳されるポリグルタミンリピートを細胞に発現させると細胞がアポトーシスに陥ること、マウスの小脳プルキンエ細胞にターゲット発現させると生後4週より顕著な小脳失調を呈すことを明らかにした。このマウスの小脳は非常に萎縮しており正常の8分の1ほどの大きさであり、ターゲットとしたプルキンエ細胞はほとんどみうけられず、分子層、顆粒細胞層にも2次性と考えられる顕著な萎縮を認めた。この状態は小脳萎縮の末期像に極めて似通った状態である。以上の結果は、延長したポリグルタミンリピートそのものが神経細胞死と変性を引き起こすことを示しており、CAG伸長を伴う遺伝性神経変性症の共通の起因物質であることを示唆している。ポリグルタミンは、その構造を予測するとベータシート構造をとると考えられる。このようなベータシート構造をとる別の蛋白質、βA4とPrP^<SC>は、それぞれアルツハイマー病と狂牛病(クロイツフェルト・ヤコブ病:CJD)の原因と考えられており、MJDと同様神経細胞死をその病理像としている。以上のことは、全く関連のない疾患と考えられているアルツハイマー病や狂牛病(CJD)までもがMJDと共通な発症の分子機構を有している可能性を示している。
ナノスケール膜構造における熱流体輸送現象とその制御

本研究では生体内の輸送機構や生体模倣材料を用いたBioMEMSなどの応用に際して極めて重要な脂質二重膜について,せん断流下での運動量伝搬特性の解析を行い,分子スケールの摩擦機構を議論し,その現象を制御することにより,必要な熱流体現象を「設計」するための基礎とすることが目的である.水分子と単一の脂質分子種から構成された脂質二重膜を用い,膜面に対して水平なせん断流と膜面内のせん断流を膜面方向に課し,運動量流束をそれぞれ発生させる非平衡分子動力学シミュレーションを用いることにより,運動量伝搬特性の計測を行い摩擦係数及び表面粘性の流動特性と脂質膜のレオロジーとの関係を明らかにした.脂質分子については,頭部は同じで,尾部の炭素数が異なる2種類の分子(DPPC, SMPC)を用いた.膜面方向のせん断により脂質単層膜間の摩擦係数を評価したところ低せん断率ではSMPC膜の摩擦係数のほうがDPPC膜よりも2倍以上大きい.しかし,せん断率が増加するとその差は小さくなってゆく.これは摩擦力により脂質尾部がせん断流後方へ傾き角を持って配向することで絡み合った状態がほどけてゆくためである.一方で,面内方向のせん断により表面粘性を評価したところ2種類の脂質分子による違いはほとんどなくせん断率が増加するに従って表面粘性は共に減少している。この理由として面内方向のせん断では構造の変化は小さく尾部の影響が小さいためであると考えられる.ナノデバイスの実現を志向した、生体由来の巧妙で優れた機能を持つソフトマターとして脂質膜が注目されており、ナノスケールのデバイスにメカニカルなストレスが加えられた場合、材料内では摩擦による運動量の伝搬が発生し、それに付随して熱が励起される。これらを制御し、最適な設計が求められることから、本研究では、熱や運動量の輸送について分子スケールのメカニズムの解析を中心に研究を実施した。水中にリン脂質が形成する二重膜について大規模分子動力学シミュレーションにより、水-リン脂質-リン脂質-水の系における熱・運動量の流束を構成する分子ダイナミクスを分解的に解析した。熱エネルギー流束は従来の分子間エネルギー伝搬の概念を拡張し、多体ポテンシャルが支配する一般の系への適用を想定したサイト間エネルギー伝搬の概念を用いて評価し、定量的計測により卓越する成分を指摘した。さらに、総括的熱伝導率と熱抵抗を評価し、脂質膜の方向によって熱伝導率の異方性を有すること、脂質膜中央の界面が示す熱抵抗は分子種によって異なり、界面領域の密度がその要因の一つであることを明らかにした。また、せん断を課した系に発生した運動量流束の計測では、流束の構成成分である分子間及び分子内の各相互作用は膜面方向のせん断については、正と負の寄与をなし、脂質分子の頭部・尾部でその正負が反転した。面内方向のせん断では、頭部・尾部の運動量流束の大きさが異なり、脂質の各部によって粘性が異なるなどの知見が得られた。この理由として面内方向のせん断では構造の変化は小さく尾部の影響が小さいためであると考えられる.
悪性神経膠腫に対する新規抗EGFR抗体・抗癌剤併用による治療法の開発

悪性神経膠腫で高頻度に認められるEGFR異常を標的とする新規抗EGFRモノクローナル抗体nimotuzumab (Nimo)治療により、神経膠腫細胞のEGFR、特に変異型EGFRvIIIのリン酸化が抑制された。膠芽腫の標準治療薬であるテモゾロミド(TMZ)とNimoの併用療法により、EGFRvIII高発現神経膠腫腫瘍の増殖がマウスモデルで相乗的に抑制されたことから、NimoはTMZとの併用治療により神経膠腫に対する抗腫瘍効果を増強する有効な治療法となることが期待され、ミスマッチ修復機構酵素が感受性因子である可能性が示唆された。悪性神経膠腫(glioma)における新規抗EGFRモノクローナル抗体であるnimotuzumab(Nimo)の治療的効果を検証するため、以下の実験を行った。1)in vitroでのnimotuzumab(Nimo)の抗EGFR活性を評価する目的で、EGFRを高発現するヒトglioma細胞株、特にwild type(wt)EGFR及びmutant EGFR(△EGFR、あるいはEGFRvIII)を強制発現する細胞株の中で、良好なtumorigenicityを示すU87MG系細胞株とLNZ308系細胞株を使用した。2)U87MG△EGFRおよびU87MGwtEGFR細胞をNimo 1μMで治療した。治療24時間後から、EGFRvIII,wtEGFRともにそのリン酸化は減少がみられ、72時間後に至るまで経時的にその効果は増強した。一方、対照として使用したEGFRのkinase inhibitorであるAG1478による治療では、Nimoと比較してより強力に24時間後からEGFRのリン酸化阻害が認められた。3)リン酸化の抑制効果が最大となる72時間治療を用いて、次にNimoのdoseによるEGFRリン酸化抑制度を検討した。EGFRvIIIに対してはNimo 0.25μMからtyrosineのリン酸化の抑制がみられ、4μMとほぼ同程度であった。この脱リン酸化効果は主たるEGFRのC-terminal tail上のtyrosine残基であるTyr 1068およびTyr 1173の両方について同様の結果が認められた。一方、wtEGFRに対しては、Nimo 0.25μMの抑制効果は微弱で、1μM以上で特にTyr 1173に強くリン酸化の抑制が認められた。4)EGFRのリン酸化阻害により、EGFRシグナル経路上の下流の主たる因子に影響が認められることを検証するため、次にoncogenic signalのkey moleculeと考えられているAktのリン酸化を検索した。Nimo治療によりU87MG△EGFR細胞ではAktの活性化にかかわるリン酸化(Thr 308およびSer 473)の減少が認められ、この効果はNimo 0.25μMから認められた。一方、U87MGwtEGFRではこの効果は明らかではなかった。5)現在、in vivoにおけるNimoの抗腫瘍効果を検討中である。1)in vitroでのnimotuzumab(Nimo)の抗腫瘍効果を評価する目的で、EGFRを高発現するヒトglioma細胞株、特にwild type(wt)EGFR及びmutant EGFR(ΔEGFR、あるいはEGFRvIII)を強制発現する細胞株の中で、良好なtumorigenicityを示すU87MG系細胞株とLNZ308系細胞株を使用した。In vitroでのこれらの細胞に対する抗腫瘍効果を、MTTアッセイならびにコロニー形成能アッセイを用いて検討した。Nimo単独、或いはNimo + temozolomide(TMZ)の併用療法とも、無治療或いはTMZ単独療法を上回る細胞傷害性効果は明確には認められなかった。2)これらの腫瘍細胞のマウス腫瘍モデルを用いて、Nimo並びにNimo + TMZ併用療法のin vivoにおける抗腫瘍効果の評価を行った。まず、皮下腫瘍モデルを用いて、マウスをvehicles(コントロール)、Nimo単独、TMZ単独、Nimo + TMZ併用の4群に分けて治療を行った。Nimo単独では腫瘍増殖抑制効果は乏しかったが、Nimo + TMZ併用療法は、有意にTMZ単独と比較し腫瘍増殖抑制効果が認められた。さらに、マウス脳腫瘍モデルを作成し、同様の4群の治療を行った。その結果、Nimo単独治療では、マウスの生存期間の延長効果は乏しかったが、Nimo + TMZ併用療法では、有意にTMZ単独治療より生存期間の延長が認められ、NimoによるTMZ治療効果への相乗効果が認められた。3)現在、in vivoで認められたNimo + TMZ併用療法の治療効果において、標的としているEGFRのリン酸化ならびに腫瘍の増殖能・細胞死の評価を行っている。

4)さらに、これらの治療の後に再度増大してきた腫瘍から、培養腫瘍細胞を再確立し、それらの細胞(escapers)と元のU87.ΔEGFR細胞とにTMZ感受性の差異が出現していないかを検討している.悪性神経膠腫(glioma)における新規抗EGFRモノクローナル抗体であるnimotuzumab (Nimo)の治療的効果を検証するため、以下の実験を行った。Western blotで、Nimo単独治療により、wtEGFRに比べて優位にEGFRvIIIのC末端チロシンリン酸化が抑制され、AKTリン酸化も低下した。次にNimo、TMZの単独療法でもリン酸化の抑制を認めたが、Nimo/TMZ併用療法ではより強いリン酸化の抑制効果を認めた。マウスの皮下腫瘍では、Nimo単独の腫瘍増殖抑制効果は認められなかったが、Nimo/TMZ併用療法によりU87、LNZ308ともにwtEGFRよりEGFRvIII高発現腫瘍で相乗的抗腫瘍効果が認められた。同様に、マウスの脳内腫瘍では、Nimo単独療法は無効、TMZ単独療法は軽度の効果がみられたが、Nimo/TMZ併用療法はいずれの単独療法に比べ有意な生存期間の延長がEGFRvIII腫瘍で顕著に認められた(p<0.001)。wtEGFR高発現腫瘍でも同様であったが、その効果は軽度であった(p = 0.006)。NimoとTMZの併用療法後のMIB-1 index、apoptotic indexから、TMZ単独療法に比しNimo/TMZ併用療法での腫瘍増殖能の抑制とアポトーシスの誘導効果が亢進した(p<0.05)。Nimo/TMZ併用治療後に再増大したEGFRvIII高発現腫瘍(escaper)では、mismatch repair (MMR)蛋白(MSH6とMLH1)の発現減少が認められた。このescaper由来の再樹立培養細胞は脳腫瘍モデルにてNimo/TMZ併用療法に耐性を示した。NimoはTMZとの併用治療によりgliomaに対する抗腫瘍効果を増強する有効な治療法となることが期待され、MMR機能が感受性規定因子である可能性が示唆された。本研究で使用している抗EGFRモノクローナル抗体であるNimotuzumabは、EGFRに対するaffinityが低く、それだけ直接的なEGFR阻害作用が弱いものと考えられている。In vitroでのglioma細胞に対する細胞傷害作用を明確に示すことが各種アッセイや培養条件下でもこれまでのところ困難であったことが主因である。24年度が最終年度であるため、記入しない。しかしながら、より重要であるin vivo(マウス造腫瘍モデル)において、Nimo治療は現在の悪性gliomaに対する標準治療薬であるTMZと併用することで、TMZ単独治療に比べ有意に腫瘍の増殖を抑制し、マウスの生存期間の延長効果が認められている。現在、この効果を支持する分子機構の検討を進めている。また同時に、治療後に再燃増大した腫瘍から、新たに細胞株を樹立し、本治療に対する耐性を獲得したメカニズムを解明する実験を進めている。
アルミ粉混入レジノイド砥石の試作とその移動熱源によるドレッシング法の開発研究

アルミ粉混入レジノイド砥石は,研削加工により発生する研削熱が工作物ならびに砥石に流入することで生じる両者の熱変形を軽減し,高精度研削加工に有効であることがこれまで明らかとなっている。そこで本研究では,この砥石のドレッシングに従来から用いられてきたPVA砥石法に代わる方法としてYAGレーザによる熱的ドレッシング法を開発し,砥石表面への単発照射および走査実験によってその基礎現象を明らかにした。さらに,熱的ドレッシング法の有効性を研削結果によって実証した。得られた主な結果を以下に記述する。1.レーザを単発照射する場合,パワー密度,照射時間ならびに焦点位置による熱エネルギの変化に伴って,砥石表面にはレジノイドの盛上がり,レジノイドの飛散,砥粒の離脱および表層部の蒸発の4つの変化形態が生じる。2.熱影響領域内の砥粒支持剛性は,レジノイドが熱劣化する盛上がり端部から低下し,それより照射領域の中心に分布するに従って急激に減少する。3.パワー密度15.2kW/cm^2のCWレーザを砥石表面に走査する場合,砥石周速度が0.061m/s以下では表層部が熱影響を受け,砥粒が砥石表面から離脱するため十分なチップケットが生成される。砥石周速度が0.061m/s以上0.204m/s以下ではほぼレジノイドのみが除去されるため,あらかじめツルーイングを施せば突出する砥粒切れ刃の先端高さを揃えることが可能である。4.YAGレーザを用いてドレッシングによって,従来のドレッシング法の場合以上に研削抵抗の低減,仕上面粗さの改善,砥石寿命の向上などの優れた研削性能をAPPLE砥石に付加できる。アルミニウム粉混入レジノイド砥石を研削加工に採用することによって,研削時の工作物の温度上昇および砥石の熱変形量が抑えられ,高能率・高精度研削加工の可能性を有することが明らかとなっている。本研究では,この砥石にこれまで行われてきたPVA砥石を用いたドレッシング法に代わる新しいドレッシング法としてYAGレ-ザによる作用面生成法を開発し,アルミ粉混入レジノイド砥石による高能率・高精度研削加工の可能性をさらに検討した.得られた主な結果は以下のようである。(1)アルミ粉混入レジノイド砥石にYAGレ-ザを単発照射することによって砥石表面にはクレ-タが生成され,中心部のくぼみは砥粒および結合剤の溶融ならびに砥粒の脱落によって生成され,その周囲には溶融した結合剤の流出および砥粒の移動によって盛上がりが生じる.(2)従来のドレッシング法の場合に比べて、YAGレ-ザによるドレッシングを施すことによって,研削抵抗が減少しさらに表面粗さがかなり改善される.また,砥石摩耗についても従来のドレッシング法の場合よりも低下する.さらにレ-ザドレッシングを施すことで,研削時のびびり振動発生までの総研削量が従来の場合の約2.5倍に達し,砥石寿命が飛躍的に向上する.以上のことから,アルミ粉混入レジノイド砥石のYAGレ-ザによるドレッシング法が高能率・高精度研削加工に有効であることが明らかとなった.本研究では,さらにYAGレ-ザによる最適ドレッシング条件についての詳細な検討を行い,高能率・高精度研削加工の実現を図る予定である.アルミニウム粉混入レジノイド砥石は,研削加工によって必然的に発生する研削熱が工作物ならびに砥石に流入することで生じるそれぞれの熱変形を軽減し,高精度研削加工に効果を発揮することがこれまで明らかとなっている。

そこで本研究では,この砥石のドレッシングに従来用いられてきたPVA砥石法に代わる画期的ドレッシング法としてYAGレーザによる作用面生成法を開発し,前年度の予備実験において本ドレッシング法が良好な研削結果をもたらすことが明らかとなった。本年度はドレッシング条件が砥石表面性状に及ぼす影響について検討し,以下に示す主な結果を得た。1.レーザパワー密度ならびに照射時間の制御によって砥石表面に与える熱エネルギを変化させる場合,エネルギの増加に伴ってレジノイドの盛上がり,レジノイドの飛散,砥粒の脱落および熱損傷,クレータ生成の4段階の変化過程となる。したがって,適切な照射条件でドレッシングを施せば,砥石表面に先端高さが揃った砥粒を除去させることなくチップポケットを生成することができる。2.砥粒の保持強度は,照射領域の中心に分布する砥粒ほど小さく,ほぼレジノイドボンドの盛上がり限界まで徐々に本来の砥粒保持強度より低下する。3.パワー密度15.2kw/cm^2のCWレーザを照射する場合,砥石周速度が0.061m/s以下では表面の砥粒が熱影響を受け,砥石表面から離脱するためチップケットは十分生成されるが,切れ刃先端位置は広範囲に分布する。砥石周速度が0.061m/s以上0.204m/s以下では,ほぼレジノイドのみが除去され,チップポケットの生成とともにあらかじめツルーイングを施すことで一定の砥粒切れ刃先端位置を得ることが可能である。以上から,アルミ粉混入レジノイド砥石にYAGレーザによるドレッシングを施すことは高能率・高精度研削加工に有効であることが明らかとなった。
強誘電性液晶を用いた波長-バンド幅可変光学フィルタの開発

光の波長程度の螺旋周期構造を有する強誘電性液晶のフルピッチバンドの特性を利用して、波長およびバンド幅が独立して制御可能な光学フィルタに関する研究を行った。連続体理論による配向解析と光学計算により、電圧印加による螺旋構造の制御によって波長とバンド幅を独立に制御することが可能であることを見出した。実際に素子を作製し、実験を行い、デバイスの光学特性を検討した。強誘電性液晶はナノ周期構造を有しておりフォトニック結晶として機能する。従来のナノ周期構造液晶のストップバンドが強い偏光依存性を示すのに対して、強誘電性液晶では偏光無依存なストップバンドを持つという特徴がある。本研究の目的は、強誘電性液晶を用いた波長とバンド幅が同時に制御可能な波長可変フィルタの実現とその電場制御である。また、実験だけでなく解析の両面からの波長-バンド幅可変ストップバンドの発現機構と光学特性の解明も試みている。本年度は、実験では、強誘電性液晶に電圧を印加するためのギャップ距離100μmの電極を試作した。理論計算は、透過スペクトルに液晶セルの厚さムラを近似的に入れることを試みた。強誘電性液晶に十分な電圧を印加するためには、ギャップ距離を狭くする必要がある。一方、ギャップが狭くなると透過光の測定が困難となる。そこで、本年度は、パターン露光により、ギャップ距離100μmのマスクを作製した。自作のマスク作製は、電極間隔100μmの微細な電極間隔なため、想定していたより時間を要し苦労した。また、できるだけ、シンプルにして、かつ面積を多くとるためにマイクロ波伝搬などで使われるコプレーナー電極を模した電極形状とした。現在、実際に液晶を入れて、動作確認までは行っている。一方、計算については、透過スペクトル計算において、実験とは違い、厳密になっているため、実験では見られないような干渉が現れ、一見すると実験と計算結果が異なるような印象を与えていた。これらは、液晶セルの厚さムラが原因であり、厚さムラを透過スペクトルの計算に導入することを試みた。液晶光学の分野で、セルの厚さムラに関する文献は、ほとんど見られなかったため、我々は独自にセル厚がある分布関数をもつ場合の近似式を考えた。この近似式の厳密性については議論の余地があるが、概ね実験と計算は良い一致を示している。液晶は、電場、磁場、温度、機械応力などに反応する機能性材料であり、螺旋構造をもつ液晶は、温度や電場で波長制御が可変な素子として知られている。近年では、螺旋構造をもつ液晶は一次元フォトニック結晶として注目され、チューナブルなフォトニック結晶として研究されてきた。本研究の目的は、強誘電性液晶を用いてバンド幅可変な光学フィルタを実現することである。本年度は、バンド幅の制御が電圧印加によって実現可能であるかを調べるため理論計算と実験を行った。強誘電性液晶の螺旋構造の配向変化を連続体理論を用いて計算し、電場と螺旋ピッチの関係について考察した。電圧による螺旋の伸長は、単に螺旋が伸びるわけではなく、螺旋構造に歪みを伴う。そのため、螺旋構造が歪みを伴った状態でもバンド幅可変のストップバンドが実現できるかを確認した。理論計算によって得られた液晶の配向状態を用いて、4×4マトリクス法で強誘電性液晶の光伝搬を計算した。垂直入射時の透過スペクトルの変化によって計算結果を検証したところ、実験結果と計算結果は非常に良い一致を示した。このことより、計算により、螺旋構造の変化に伴う強誘電性液晶の光学特性を再現できていることが確認できた。また、理論計算により、入射角と印加電圧を制御することで、バンド幅可変なストップバンドが実現可能であることが確認できた。実験によって、液晶セル中の螺旋の伸長および変歪の状態の確認は行えている。今後、最適な印加電圧の条件を調べ、バンド幅可変なストップバンド実現のため研究を進めていく。工学強誘電性液晶に十分な電圧を印加するためには、電極ギャップ距離を狭くする必要がある。しかし、ギャップが100μmと微細な電極形状のため、蒸着パターン用マスクを自作したが、マスク作製の条件出しに苦労したために時間が想定したよりかかり、進展がやや遅れた。研究は進展がやや遅れているが、推進方策自体に大きな変更はない。今年度は、電極が作製可能となったので、液晶に電圧を加えて、螺旋ピッチの電圧変調を目指す。得られた成果は、適時学会で発表するとともに、年度内に学術論文として報告することを目指す。本研究を進める中で、副次的に得られた透過スペクトルの厚さムラの近似計算については、近似の妥当性を検証するとともに、過去の文献を調べ、報告例がないようであれば論文としてまとめ報告する。
血管系細胞におけるCOとNOによるシグナル伝達系の酸化ストレスによる調節

一酸化炭素(CO)や一酸化窒素(NO)は、近年、血圧調節や動脈硬化等、生理的、病理的にも重要な役割を担っていることが明らかになりつつある。本研究では、血管を構成する細胞やマクロファージでCOとNOの産生系を調べ、それらが酸化的に変性した低密度リポタンパク質(酸化LDL)を負荷した場合などの酸化ストレスによってどのような影響を受けるかを明らかにする目的で実験を行い、以下の結果を得た。1)培養血管平滑筋細胞に、酸化LDLなどの酸化ストレスを負荷したところ、COを産生すると考えられているヘムオキシゲナーゼが、時間依存的、濃度依存的に誘導された。2)血管内皮細胞において、高グルコース刺激により、塩基性アミノ酸であるアルギニンの細胞内への輸送活性が上昇し、これに伴ってNO合成量が増加した。3)マクロファージにおいては、酸化LDLなどの酸化ストレスにより、ヘムオキシゲナーゼの誘導が見られたが、アルギニンの輸送活性やNO産生には変動が認められなかった。以上のことから酸化ストレスは、ヘムオキシゲナーゼを誘導することによってCO産生を高めることが示唆された。また、CO産生はNO産生系とは異なる制御を受けると考えられ、両者は、独立に機能している可能性が考えられた。これら本年度の主要な研究成果は、現在、論文として投稿準備中である。このような共同研究の進行の途上で、1998年は日英両国政府の後援のもと、日本において英国祭98が挙行されるので、その一環として、本共同研究を基盤として日英シンポジウムを企画することが話し合われた。その結果、1998年11月にブリティシュ・カウンシルの支援により、英国祭UK98日英科学シンポジウム「酸化ストレスと生体抗酸化系の制御」を筑波大学において開催することとなった。ガス状分子である一酸化炭素(CO)や一酸化窒素(NO)は、近年、血圧調節や動脈硬化等、生理的、病理的にも重要な役割を担っていることが明らかになりつつある。本研究では、血管を構成する細胞やマクロファージでCOとNOの産生系を調べ、それらが酸化的に変性した低密度リポタンパク質(酸化LDL)を負荷した場合などの酸化ストレスによってどのような影響を受けるかを調べる目的で実験を行い、以下のような結果を得た。また、CO産生はNO産生系とは異なる制御を受けると考えられ、両者は、血管系細胞とマクロファージにおけるシグナル伝達系において独立に機能している可能性が考えられた。