hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
炎症の場における骨改造の分子機構:アジュバント関節炎ラットをモデルとして

アジュバント投与に先だって坐骨神経を切除した関節炎ラットおよび神経切除の疑似的手術を施したアジュバント関節炎ラット(以後対象ラット)の関節において、ヘルパーT細胞の分布を検索したところ、対象ラットの滑膜組織中の単核細胞に占めるヘルパーT細胞の比率がアジュバント投与2-3週間後に最大に達するのに対し、神経を切除した関節炎ラットではそのピークは4週間後まで持続する、すなわち神経切除によって炎症からの回復が遅延することを示唆する所見を得た。ところで、ヘルパーT細胞はTh0、Th1およびTh2の三者に分類され、後二者の量的バランスが炎症の進行に深く関わるとされている。本研究はアジュバント関節炎ラットの炎症滑膜組織に浸潤したヘルパー細胞の量的変化をTh1およびTh2細胞に区別して解析し、炎症の動態をより詳細に考察するのが目的である。特に、知覚神経の関与に注目して解析を進める。ケモカインやサイトカインを指標としてTh1細胞とTh2細胞とを区別する報告がみられる。しかし、in vivoの研究は数も少なく、指標としての信頼性についてはまだ議論が定まっていない。我々は、Th1細胞を識別するためのケモカインとしてCXCR3を、同サイトカインとしてはIFN-γを、一方Th2細胞のケモカインとしてはCCR4を、同サイトカインとしてはIL-4を採用することとしてアジュバント関節炎ラットの炎症滑膜組織での二重染色を実施し、その妥当性を検討した。その結果、CXCR3とIFN-γとのいずれかに陽性な細胞の90%以上がそれらに二重陽性、CCR4とIL-4とのいずれかに陽性な細胞の95%以上がそれらに二重陽性を示すこと、一方、CXCR3とIL-4およびCCR4とIFN-γに二重陽性の細胞はそれぞれ10%以下、および5%以下に過ぎないことが明らかとなった。よって、Th1およびTh2細胞の動態を解析するための指標として、これらのケモカインとサイトカインを用いることの妥当性が証明された。次いでこれらのケモカインとサイトカインを指標としてTh1およびTh2細胞を識別し、Th1細胞/Th2細胞の比率を経時的に解析したところ、神経切除によって炎症からの回復が遅延することを裏付ける結果となった。
超高磁場MR装置を用いた興奮性アミノ酸画像による高次脳機能の解析

本研究はこれまで定性的であったケミカルシフト画像から得られる代謝物質の分布を、定量的に求めるためることを一つの目的とした。さらに、これまで行われてきたfMRIの脳機能画像と併せて脳賦活領域に相当する部分のアミノ酸分布の変化をとらえようとした物である。これまで、定性的であった領域選択MRS法で得られたMRSデータを解析するプログラムLCModelを用いて脳内の代謝物質の定量分布を作り上げることに成功した。さらにコイル感度の補正、脳脊髄液の測定領域における占有率の補正などを施すソフトウエアの開発を行った。fMRIで得られる分解に対して、LCModelを用いて解析できる感度制限からケミカルシフト画像の分解能は1ccとなった。サーフェイスコイルにより感度が向上したものの、分解のをあげるとさらに解析誤差が大きくなることがわかり、十分な精度での分布画像が得られないことがわかった。今後、感度を向上させるためにはアレイタイプのサーフェイスコイルを利用することなどが望まれる。また、ケミカルシフト画像のマトリックスを減少させ、同時にFOVを小さくして分解能を一定にたもちながら、観測時間をを短縮させた。この結果脳賦活のタスクの持続が可能となった。1.5Tに対して3Tではケミカルシフトの差が、大きくなることにより信号の分離能が高まり、結果として高分解能のケミカルシフト画像法のデータで代謝物の定量分布画像が得られた。平成12年度は1H-RMS測定パルスシーケンスの調整および、脳内グルタミン酸の定量方法の確立を行い、ケミカルシフト画像法を用いたときのグルタミン酸の測定限界について検討した。定量ためのソフトウェアとしてLCModelを選択し、これを3T用に調整するため、種々の脳内の代謝物質と同様の試薬を含む水溶液の満たされたファントムを化合物ごとに作成し、この1H-MRSデータから波形分離のもととなる参照スペクトルを作成した。この結果、大脳のMRSから各代謝物質の濃度を分離して、計量することが可能となった。定量のための測定限界はヘッドコイルでは1cc程度の脳容積が必要であることがわかった。ケミカルシフト画像法のパルスシーケンスを改良し、TEを短縮させた。TEを25ms以下にした場合水信号の消え残りが問題となり、更なるシーケンスの改良が必要であることがわかった。また、測定限界を0.5cc(0.7mm x 0.7mm x 10mm)程度にするために、4インチのサーフェイスコイルを用いて感度向上を図った。感度はヘッドコイルに対し、2-3倍の感度の上昇が認められた。この結果目標とする0.5ccの容積から得られた信号でも明確なグルタミン/グルタミン酸のピークが認められた。グルタミン酸/グルタミンの分離限界について検討した結果、これらのスペクトルはかなり類似しており、上記の脳容積では十分な分離ができなかった。グルタミン酸の定量は既知濃度の外部試料の基準信号値を用い、コイルの感度補正や組織占有率を補正し、精度を高める方法を取ることで解決できた。また、測定容積内に含まれるCSF領域を算出することを目的に、今後3D-MR画像からの容積の見積もりについて検討することとした。平成13年度は、平成12年度に作成した高空間分解能を持つ1H-RMSケミカルシフト画像法を用いた健常人の脳のアミノ酸分布を定量的に求めるために、ケミカルシフト画像法から得られるMRSデータを分割して、解析ソフトウエアのLCModelにて処理することが主となった。さらにソフトを改良して、3D画像を用いて脳脊髄液の除去をない、観測領域内の脳実質の割合を補正するようにした。本年度ソフトウエアの作成と同時に、サーフェイスコイルを導入し、サーフェイスコイルによる感度の向上を図った。水信号を元にして位相を調整することにより、従来ケミカルシフト画像で得られた磁場の変動に伴う位相ずれが改善された。ピークの位置も安定して、画像の安定度を向上させることができた。しかし、参照信号としても水の測定時間の増加が伴っているのが問題であった。

脳賦活をケミカルシフト画像の測定時間の間行うことは困難であったため、化学シフト画像のFOVを小さくし、マトリックスを減少させ、分解能を落とさずに想定時間の短縮を試み、時間を短縮することが可能となった。このときでもN-アセチルアスパラギン酸などの代謝物質の濃度分布はかなり良好に保たれており、分布変化をとらえるには十分の感度が認められた。期限内に十分なfMRIとケミカルシフト画像から得られるアミノ酸分布画像を対応させることはできた。アミノ酸分布の変化を調べるまでには十分な解析ができなかっが、基本技術が確立しており、今後の研究によりさらなる成果が期待できると考えられる。
ファジィ関係方程式に基づいた動画像圧縮およびその大量動画像運用への応用

平成17年度の主な研究成果は、平成15および16年度に開発・改良したファジィ関係方程式に基づいた動画像圧縮プロトタイプシステムの工学面および理論面からの一般化である。工学面での一般化では、動画像圧縮で利用する色空間としてRGB色空間に加えYUV色空間を採用している。YUV色空間の場合、UV色空間の情報をY空間に比べ大幅に間引くことができるため、RGB色空間に比べ、同程度の画像品質を維持しながら高圧縮率を実現できる。本研究では、YUV色空間に基づいた動画像圧縮のための符号器設計アルゴリズムを提案し、さらに標準動画像データベースを対象にした圧縮実験を通して、提案アルゴリズムの有効性を確認している。理論面での一般化として、ファジィ関係方程式を取り扱うベースであるファジィ代数を、マックスプラス代数に拡張している。マックスプラス代数は、1)ハードウェアに対する親和性が高く2)量子化誤差が発生しない、3)画像圧縮においてエッジを優先的に保存できる、とう特徴を持つ。本研究では、このマックスプラス代数に基づきウェーブレット変換を定式化し、さらにこれに基づく動画像圧縮・再構成法を提案している。マックスプラス代数に基づくウェーブレット変換は、エッジを優先的に保存するため、エッジを多く含む動画像圧縮の差分フレームに適用することで、高品質・高圧縮が実現できる。標準動画像データベースを対象にした動画像圧縮実験を通して、マックスプラス代数に基づくウェーブレット変換の有効性を確認している。以上を要するに、本年度はファジィ関係方程式に基づいた動画像圧縮法の工学面および理論面からの一般化を行い、特にマックスプラス代数を採用することによってハードウェア化への親和性向上・大量動画像運用への展開を行っており、当初の目標を十分に満たしているといえる。ファジィ関係方程式に基づいた静止画像圧縮法(ICF)をベースとして、ファジィ関係方程式に基づいた動画像圧縮法(MCF)を定式化した。提案MCFでは、グレースケール動画像を対象とし、それらを静止グレースケール画像の系列とみなし、IフレームおよびPフレームの2種類に分けて取り扱う。Iフレームを圧縮する場合は、従来のICFで採用されている一様分布型符号器方式、すなわち、対象画像全体に均一に符号器を配置する方式を用いて圧縮する。一方、2枚のIフレームの差分画像であるPフレームの場合、画素の分布が偏るため、対象画像の画素分布に合わせて符号器を配置する、非一様型符号器方式を用いて圧縮を行う方が効率がよい。よって、本研究では、Pフレーム圧縮のための非一様型符号器の最適設計法を、符号器のファジィ集合のオーバーラップレベル指標および、ファジィ量子化に基づき提案した。ここで最適符号器の場合のオーバーラップレベル値をCOREL1000枚の画像圧縮・再構成実験を通して実験的に求めた。また、オハイオ州立大学(米国)で公開している動画像データベースから選択したグレースケール動画像を用いて動画像圧縮・再構成実験を行い、提案MCFの有効性、特に、動画像内の移動物体の動きが、従来法に比べて滑らかに再構成されることを確認した。さらにPフレームの高速・高品質圧縮を行うための符号器設計に対する基礎理論として、ファジィ関係の分解問題について研究を行い、ファジィ関係の高速分解法、および改良コスト関数による高品質分解法を提案した。平成16年度の主な研究成果は、平成15年度に開発したファジィ関係方程式に基づいた動画像圧縮プロトタイプシステムの拡張、および性能向上、さらに理論面における新しい知見の発見である。システムの拡張では、対象動画像をグレースケールからカラー動画像に設定し定式化、および実装を行っている。さらに、性能向上においては、Pフレーム圧縮のための非一様符号器設計法において、新しいファジィ・エントロピー基準を導入し、従来の設計法に比べ高品質の画像圧縮・再構成を実現する符号器の設計を可能にしている。また、理論面における新しい知見として、ファジィ代数系における固有ファジィ集合の概念を、画像圧縮・再構成問題において再定式化し、符号器の設計段階の際に、どの程度の対象画像スペクトルが圧縮過程において保存されるか、に関する見通しを明確にしている。さらに、本年度は、形式開眼解析という大量のデータに対するデータマイニング手法に着目し、従来の距離型画像検索・画像格納手法とは異なる、順序型画像データベース管理技術の実用可能性についても議論を行っている。以上を要するに、本年度は、画像圧縮システムの拡張、および性能向上、さらに理論面では符号器設計時における再構成画像品質の理論的な見通し、さらに新しい大量画像運用法の検討を行っており、次年度以降の本格的システムの運用に対する準備は十分に整っており、当初の目標を十分に満たしているといえる。

本研究では、このマックスプラス代数に基づきウェーブレット変換を定式化し、さらにこれに基づく動画像圧縮・再構成法を提案している。マックスプラス代数に基づくウェーブレット変換は、エッジを優先的に保存するため、エッジを多く含む動画像圧縮の差分フレームに適用することで、高品質・高圧縮が実現できる。標準動画像データベースを対象にした動画像圧縮実験を通して、マックスプラス代数に基づくウェーブレット変換の有効性を確認している。以上を要するに、本年度はファジィ関係方程式に基づいた動画像圧縮法の工学面および理論面からの一般化を行い、特にマックスプラス代数を採用することによってハードウェア化への親和性向上・大量動画像運用への展開を行っており、当初の目標を十分に満たしているといえる。
魚類の免疫機構に関与するサイトカイン、特にTNFおよびFasリガンドの機能解析

本年度は、TNFおよびFasの細胞内情報伝達およびアポトーシス誘導に関与するカスパーゼ10遺伝子のクローン化を行なうと共にカスパーゼ10遺伝子発現プラスミドをヒラメ培養細胞へ導入し機能解析を行なった。クローン化したヒラメカスパーゼ10のcDNAは、全長2,282bpで、495アミノ酸残基をコードしていた。ヒラメカスパーゼ10は、2か所のDeath effectordomain (DED)ホモロジー領域、LargeサブユニットおよびSmallサブユニットにより構成されていた。ヒラメカスパーゼ10の推定アミノ酸配列は、ヒトカスパーゼ10と全長配列で32.6%、Smallサブユニットで59.8%の相同性を示した。カスパーゼ10遺伝子は、ヒラメの14種類の臓器(脳、眼球、頭腎、心臓、腸、肝臓、筋肉、卵巣、白血球、表皮、脾臓、胃、後腎)の内、鰓、白血球、脾臓および後腎で強い発現を示した。その他にも、頭腎、心臓、腸、表皮および胃において発現がみられた。ヒラメカスパーゼ10のcDNAを真核生物発現用ベクター(pCI-neo vector)に組込んだ。構築した発現プラスミドをトランスフェクション法によりヒラメ胚由来の培養細胞(HINAE)に導入したところ、アポトーシス誘導能が認められた。これらのことより、ヒラメのカスパーゼ10はほ乳類のものと類似のアポトーシス誘導能を有していることが示唆された。本年度は、ヒラメFasリガンド遺伝子のクローン化を行なうと共に組換えタンパク質を作製して機能解析を行なった。さらに、ヒラメのシグナル伝達経路の解明を目的としてマイクロアレイ法を用いた遺伝子発現解析を行なった。クローン化したヒラメFasリガンドcDNAの全長は1,016bpで、230アミノ酸をコードしていた。ヒラメFasリガンドの細胞外領域において、ジスルフィド結合を形成し活性に関与する2つのシステイン残基が存在した。ヒラメFasリガンドの推定アミノ酸配列は、ヒトのものと、26.1%の相同性を示した。ヒラメFasリガンド遺伝子の全長は約1.7kbであり、ヒトのFasリガンド遺伝子と同様に4エキソンおよび3イントロンより構成されていた。Fasリガンド遺伝子はヒラメの12種類の組織(筋肉、表皮、心臓、鰓、卵巣、腎臓、胃、脳、脾臓、腸、肝臓、胸腺)の内、腎臓および胸腺において発現が見られた。ヒラメFasリガンド組換えタンパク質を大腸菌発現系により作製し、ヒラメ由来の培養細胞を用いて機能解析を行なったところ、2.0μM以上の濃度で細胞傷害活性を示した。マイクロアレイ法による解析を行なうにあたり、92種類の免疫関連遺伝子を含む871種類のクローンがスポットされたヒラメDNAチップを作製した。マイトジェン(Concanavalin A : Con A、Phorbol myristate acetate:PMA、Lipopolysaccharide:LPS)刺激下あるいはヒラメラブドウイルス(Hirame rhabdovirus ;HRV)感染下にて遺伝子の発現変化を解析したところ、それぞれ特徴的な遺伝子の発現様式が見られた。Con Aによる刺激では発現変化した遺伝子数はほとんど見られなかったものの、PMAによる刺激ではアポトーシス制御因子であるEaly growth response protein II、c-Fos、Jun-B遺伝子等の発現上昇が確認された。LPSの刺激では炎症関連因子であるChemokine receptor、Collagenase、Interleukine-1β、Lctate dehydrogenase A等の遺伝子において発現量の上昇が認められた。HRVの感染では、細胞性免疫に関与するMHC class IIやNK cell enhancingfactorの遺伝子発現が含まれた。その他、Heat shock protein 70や90、CD83antigen、Map kinase interacting kinase I等の遺伝子の発現が誘導された。さらに、マイトジェンの刺激あるいはHRVの感染後特異的に発現上昇する機能未知遺伝子が19種類見られた。
鉄輝線精密分光による銀河宇宙線加速の初期機構解明

今年度は宇宙線起源の中性鉄輝線が見つかった超新星残骸IC443とG323.7-1.0の結果を査読付き論文として発表した。IC443では、低エネルギー宇宙線がプラズマを電離することで、電離優勢プラズマ(過電離プラズマ)を作り出している可能性も見出した。中性鉄輝線で低エネルギー宇宙線を測定する研究手法は世界的にも注目されつつあり、昨年度に引き続き今年度も国際会議で招待講演を行った。また理論分野の研究者と共同研究を開始した。W28とW44について、中性鉄輝線の強度がガンマ線の結果と矛盾しないことを見出した。これは中性鉄輝線が宇宙線起源であるということを補強する成果である。並行して、2021年度打ち上げ予定の「XRISM」衛星搭載X線CCDの開発も行っている。X線CCDの重要な性能の1つは、一回の転送で電荷を失う割合を示す電荷転送非効率(CTI)である。CTIが大きいと、ゲインやエネルギー分解能が悪くなる。「ひとみ」衛星搭載X線CCDでCTIの測定を行った経験を生かし、「XRISM」用X線CCDの試作品でCTIの評価を行った。その結果、蓄積領域と撮像領域でCTIが異なること、また、裏面処理を行うときに撮像領域のCTIが悪化することを明らかにした。MeV宇宙線と星間物質の衝突で放射される中性鉄輝線に着目し、超新星残骸(SNR)で中性鉄輝線の探査を行っている。「すざく」衛星のアーカイブデータを用いて探査し、これまでに10個以上の暗いSNRで中性鉄輝線を検出し、MeV宇宙線測定に成功した。今年度はIC443とG323.7-1.0の結果を査読付き論文として発表した。理論分野の研究者との共同研究も行った。π0崩壊起源のガンマ線と、低エネルギー宇宙線起源の中性鉄輝線の両方が見つかっているSNRW28とW44に着目し、「escape model」を用いた検討の結果、シンプルなモデルでガンマ線と中性鉄輝線の両方を説明できることがわかった。また中性鉄輝線は、SNRの年齢の20%以上の間放射されうることもわかった。つまり、SNRで中性鉄輝線が見つかる可能性は小さくないことが定量的に裏付けできた。上記の低エネルギー宇宙線研究を発展させるため、「XRISM」搭載X線CCDの開発に携わっている。X線CCDの性能評価における重要な指標の1つは電荷転送非効率(CTI)である。Xtend用CCD素子の試作品であるmini CCDを用いてCTIの評価を行った。mini CCDでは通常のBI素子だけでなく、電極面だけを処理した素子(NT素子)も製作した。「ひとみ」SXIでは、CTIは転送速度によって変化すると考えることで失われる電荷量を説明できた。しかしmini CCDでこの仮説を当てはめると、NT素子の結果が説明できなかった。そこで、CTIが転送領域(蓄積領域、撮像領域)によって変化するモデルを新たに構築した。新モデルはNT素子とBI素子の両方のCTIを説明できた。また、NT素子に裏面処理をしてBIにする際に、撮像領域のCTIが数倍悪化していることも分かった。これはフライト用大型素子の地上較正に対して重要な知見である。今年度新たに中性鉄輝線が見つかったW51領域の解析を進める。この領域は超新星残骸W51Cと星形成領域を含む濃い分子雲W51Bの衝突が起きている領域である。また高いionization rate、強いガンマ線放射(ハドロン起源と考えられている)も見つかっている。まず中性鉄輝線が低エネルギー宇宙線かどうかを判定し、その上で中性鉄輝線の結果と他波長観測の関連性から、宇宙線の加速と拡散の様子を明らかにしたい。IC443では、低エネルギー宇宙線がプラズマを電離することで、電離優勢プラズマ(過電離プラズマ)を作り出している可能性を見出した。理論分野の研究者との共同研究によって、このアイデアを定量的に検討する。銀河面には個々の天体に分解できない広がった放射(GRXE)が存在している。その最大の特徴は中性および高階電離した鉄からの輝線である、GRXEの起源として激変星(CV)やactive binary(AB)といった星の集まりが有力である。しかし従来のGRXE研究は、中性鉄と高階電離鉄からの輝線を区別せず議論してきた。我々はすざく衛星を用いて、中性鉄と高階電離鉄からの輝線を分離した上で空間分布(スケールハイト: SH)を精密測定した。その結果、高階電離鉄のSHはCVやABとほぼ無矛盾だが、中性鉄輝線のSHはCVやABの半分以下であり、むしろ分子雲と近いことを突き止めた。またCV、ABのスペクトルを抽出し、GRXEと比較したところ、星の集まりだけでは、GRXEの中性鉄輝線放射の高々50%しか説明できないことがわかった。MeV帯域宇宙線と分子雲の衝突で出る中性鉄輝線がGRXEに寄与していると考えられる。銀河宇宙線の加速源として現在最も有力な候補は超新星残骸(SNR)である。ガンマ線観測によって、SNRでGeV陽子が加速されている証拠は見つかっている。宇宙線は低い帯域から徐々にエネルギーを得るので、MeV陽子も大量に存在するはずだ。しかし、陽子起源と思われる中性鉄輝線がSNRから見つかった例はこれまでわずか2つ(3C391, Kes79)しかない。

我々は、SNRにおけるMeV宇宙線の生成量とエネルギー獲得過程を求めるため、系内のSNRでMeV宇宙線起源の中性鉄輝線放射の系統的な探査を開始した。本年度は銀河中心に対して東側の銀河面に位置する4つのSNR(W28, W48, Kes 67, Kes 78)で、MeV宇宙線陽子起源の中性鉄輝線を検出した。またMeV陽子のエネルギー密度は、星間空間でのGeV以上の高エネルギー宇宙線の密度(1 eV/cc)より一桁高いことが分かった。分子雲に衝突した陽子は、鉄原子中のK殻電子だけでなく、外殻電子も複数電離する。その結果、中性鉄輝線の幅は10 eV程度に広がる。一方、電子やX線では輝線幅は広がらない。そこで、従来の観測装置の35倍の分光能力を持つ「ASTRO-H」搭載カロリメータで輝線幅を測定し、陽子起源を確定する計画であった。また「すざく」の4倍の広視野と2倍の鉄輝線感度を持つ「ASTRO-H」搭載X線CCDカメラで中性鉄輝線の広範囲な銀河面強度分布を得る予定だった。しかし2016年2月に打ち上げた「ASTRO-H」は初期機能確認中の異常事象発生のため、同年4月で運用が断念された。そのため「ASTRO-H」によるGRXEや銀河系内SNRの観測は行えなかった。そこで「すざく」の10年分のアーカイブデータを用いて、GRXEの空間分布を測定した。また、GRXEと点源(CV、AB)のスペクトルをそれぞれ抽出し、両者を比較した。その結果、GRXEの中性鉄輝線放射は点源だけでは説明できず、宇宙線の寄与があることを突き止めた。また、「すざく」の銀河系内SNRのデータを用いて中性鉄輝線探査を行い、4つのSNR (W28, W48, Kes 67, Kes 78)からMeV宇宙線陽子起源の可能性が高い中性鉄輝線を発見した。宇宙線加速の観測的研究の主流は、超新星残骸(SNR)からのガンマ線を用いたGeV-TeV宇宙線の観測によって宇宙線(陽子)の密度やスペクトルを解明することである。しかし、これはπ中間子を生成できる280MeV以上の陽子に限定される。宇宙線の加速理論では低い帯域(keV-MeV)から徐々にエネルギーを獲得するので、銀河宇宙線生成に対するSNRの寄与を解くカギは低エネルギー側にある。しかしこれまでは、データがない低エネルギー宇宙線の存在量は仮定して理論を構築し、「SNRが全ての銀河宇宙線を生成している」という結論に帰結していた。私は、SNRにおける低エネルギー宇宙線測定によって加速機構の全貌を解明しようと考えた。この研究のため、X線天文衛星「すざく」のアーカイブデータを用いて、分子雲と相互作用していることが知られているSNRを中心に系統的な探査を行い、10天体以上のSNRから低エネルギー宇宙線陽子起源の可能性が高い中性鉄輝線を発見した。これによりMeV宇宙線測定に成功し、周辺空間に比べ100倍以上エネルギー密度が高いことを明らかにした。以上の結果は、3つの査読付き論文として報告し、国際会議での招待講演を含む4件の口頭発表で報告した。私はこの低エネルギー宇宙線研究を発展させるため、「ひとみ」搭載X線CCDの開発に携わってきた。「ひとみ」は、打ち上げ後2ヶ月で運用を停止したが、その観測期間の中で熱的X線を持つSNRを1つだけ観測した。それは、「すざく」で中性鉄輝線を見つけた天体の1つ、N132Dであった。
ヒト食細胞の抗体レセプタ-の構造と機能に関する生化学的研究

食細胞による抗体依存性の生体防御反応は外界からの微生物の侵入を防ぎ,有害な異物を排除するために不可欠である。この反応は食細胞膜上のFCレセプタ-(FcγR)を介して認識されるが,このFcγRは多様でヒト多形核白血球(PMN)の場合2種類のタイプ,FcγRII,FcγIIIが存在する。両タイプの異物認識における役割分担を明らかにするために,プロナ-ゼ処理により調製したFcγRIIIのみを欠くPMNへの抗原抗体結合物(IC)の結合量をフロ-サイトメトリ-で測定し,対照PMNのそれと比較した。FcγRIIIを欠いてもPMNへのIC結合量の低下はみられなかった。ICのPMNへの結合に対する抗FcγR抗体の影響を調べたところ,対照PMNでは抗FcγRIIIのみで,FcγRIII欠損PMNでは抗FcγRIIのみで強い阻害が認められた。これより,PMNはFcγRIIIを介してICを捕足するが、炎症時に生ずるプロテア-ゼでFcγRIIIを欠いてもFcγRIIを介してICを結合すると考えられる。また、ICによるPMNのス-パ-オキシド生成応答の強さはFcγRIIIの有無にかかわらず同程度であった。一方,PMN膜上には補体成分C3の分解産物iC36と結合する補体レセプタ-(CR3)の存在が知られており,FcγRと協同して異物を排除する。iC36を結合したIC(iC3bーIC)によるPMNのス-パ-オキシド生成応答はICによる応答の約2倍である。ICによるPMN応答は,前述のように、抗FcγRIIIで強く阻害されるのに対して、iC3bーICの場合は抗FcγRIIIでまったく阻害されず、抗FcγRIIで強く阻害された。このことはiC3bがICに結合することで,PMNへの結合がFcγRIIIを介する結合からFcγRIIを介する結合に変換することを示している。今後,この知見を手がかりに,より生理的条件に近い反応系を確立し,FcγRの異物認識と細胞応答の分子機構を明らかにしたいと考えている。
BMP阻害剤を応用した新規大腸癌治療法の開発

大腸癌細胞では高頻度にWnt/beta-cateninシグナルが亢進し、これによりBMP4遺伝子の転写が亢進しており、この機能解析を行った。その結果、BMPI型受容体キナーゼ阻害剤によりこのシグナルを阻害すると、癌細胞にアポトーシスが誘導され、腫瘍形成が抑制された。またRNA-seqから、BMP-4は脱リン酸化酵素DUP5の発現を減少させ、Erkを活性化することでアポトーシス耐性を生じさせていることが判明した。本研究ではBMP-4シグナルを介した大腸癌細胞のアポトーシス制御の分子メカニズムを解明し、BMP阻害剤を用いた分子標的治療の可能性を明らかにすることができた。予備的検討からヒト大腸癌細胞株では自己分泌されたBMP4による内因性のBMPシグナル伝達を阻害することで、癌細胞のアポトーシスが誘導されることがわかっている。今年度はこのBMP-4発現亢進が、Smadシグナル伝達を活性化させているか、ヒトの臨床検体を用いて検討を行った。ヒト大腸癌症例の原発腫瘍組織に用いて、BMP-4やリン酸化Smad1/5に対する抗体による免疫組織化学を行ったところ、正常大腸上皮細胞に比べ、大腸癌細胞ではBMP-4発現が亢進し、これによって内在性にSmad1/5シグナル伝達が活性化していることがわかった。また、public databaseを用いて、各病期の大腸癌症例の予後と、BMP4 mRNA発現量の相関性しらべたところ、少なくともstage IIの大腸癌症例ではBMP4発現量が独立した予後規定因子であることがわかった。さらに、BMP-4によるアポトーシス制御の分子メカニズムを調べるために、RNAシーケンシング解析(RNA-seq)を行い、BMP-4-Smad1/5の標的遺伝子を網羅的に探索した。これらの解析結果を用いて、次年度以降にはBMP-4で発現制御されるアポトーシス制御因子の同定を試みる予定である。さらに、BMP-4-Smad1/5シグナル伝達をすることで、大腸癌の進展を抑制できるか、移植モデルを用いて予備的な検討を行った。今年度はBMP受容体キナーゼ活性阻害作用を有する低分子化合物LDN-193189を、様々な方法でマウスに投与を行った。至適な投与条件が定まりつつあるので、次年度以降では本格的な大腸癌治療実験に着手する予定である。臨床検体をもちいた解析から、ヒト大腸癌細胞ではBMP-4発現が亢進しており、これが予後不良と相関していることが判明した。また次年度以降に予定しているRNA-seqや治療実験のための予備的検討なども遂行できた。本年度に計画した研究がほぼ予定通りに遂行され、さらに次年度以降の解析への準備が整ったため、概ね順調に進展している、と判断した。なお、発光イメージング技術を大腸癌細胞移植モデルに応用し、BMP-4-Smad1/5シグナル伝達の可視化を試みたが、こちらはシグナル/ノイズ比が低く、in vivoでの観察が容易でないと判断された。ただし、ヒト大腸癌組織の免疫組織化学や多変量解析など、より臨床的意義のあるデータが得られため、研究全体の遂行には支障はないと考えている。昨年度までの研究から、大腸癌細胞はBMP-4を自己分泌しており、これにより細胞内にSmad依存的なBMPシグナルを活性化させていることが分かった。さらにこのBMPシグナルを阻害することでm大腸癌細胞にアポトーシスが誘導されることが分かった。そこで本年は、大腸癌細胞におけるBMP-4発現亢進の分子メカニズムの解明を行った。既知の報告や予備的な実験の結果から、BMP4遺伝子の発現は、大腸癌細胞において高頻度に更新しているWnt/β-cateninシグナルの異常によることが示唆された。特にChIP-qPCRの結果から、TCF4がBMP4のlocusに直接的に結合していることがわかり、Wnt/β-cateninシグナル亢進がBMP4転写亢進に重要であると示唆された。また、大腸癌細胞のアポトーシス制御に重要なBMP-4標的遺伝子の同定を試みた。大腸癌細胞の生存にはErkのリン酸化が深くかかわっているが、RNA-seqから脱リン酸化酵素の発現がBMP-4によって制御されていることが分かった。さらにBMPシグナル伝達阻害剤を用いた治療の可能性に関して研究を行った。今年度はBMP I型受容体キナーゼ阻害剤(LDN-193189)を、大腸癌細胞移植モデルマウスに投与した。この結果、BMPシグナル阻害剤によって腫瘍形成が抑制されることがわかった。大腸癌細胞ではWnt/β-cateninシグナルの亢進からBMP-4を自己分泌的に産生し、これによるシグナルがErkシグナルを活性化することで細胞の生存を促進する経路が存在していることが分かったが、BMPシグナル伝達阻害剤によってこの経路を阻害することは新たな治療戦略になると期待された。BMPシグナル阻害剤が大腸癌治療に応用できるか検証することが本年度の最大の目的であった。BMPシグナル阻害剤の投与方法の最適化に多少の時間を要したが、最終的にin vivoの実験において、BMPシグナル阻害剤が一定の治療効果を確認することができた。また大腸癌細胞のアポトーシス制御の分子メカニズムの解明に関しても、RNA-seqを用いることで、BMP-4の標的として新規性の高い脱リン酸化酵素を同定することができたため、一定以上の成果があったと考えた。

ここで得られた研究成果は、研究最終年度である来年度の後半に論文報告する予定であった。ただし今年度中に主要な実験データをすでに集めることができたため、今年度中に論文投稿をする段階にまで至った。これまでの研究成果から、大腸癌細胞では高頻度にWnt/beta-cateninシグナルが亢進しているが、これによりTCF4がBMP4のlocusに直接的に結合することでBMP4遺伝子の転写が亢進していることが明らかになった。またこれによって自己分泌的に活性化しているBMP-4-Smadシグナルを、BMP I型受容体キナーゼ阻害剤(LDN-193189)によって阻害することで大腸癌細胞にアポトーシスが誘導され、大腸癌細胞移植モデルマウスでの腫瘍形成が抑制されることがわかった。そこで本年度は昨年度から継続して、大腸癌細胞のアポトーシス制御に重要なBMP-4の標的遺伝子の同定を行った。特に大腸癌細胞の生存にはErkを介したシグナル伝達が深く関わっていることから、RNA-seqを用いたスクリーニングを行い、大腸癌細胞でのErkのリン酸化を制御する遺伝子を重点的に捜索した。この結果、BMP-4はErkの脱リン酸化酵素のひとつであるDUP5の発現を減少させ、これによってErkの活性を高めることで、大腸癌細胞にアポトーシス耐性を生じさせていることが判明した。研究期間全体を通じて、BMP-4シグナルを介した大腸癌細胞のアポトーシス制御の新たな分子メカニズムを解明し、LDN-193189等のBMPシグナル伝達阻害剤を用いた新たな分子標的治療の可能性を明らかにすることができた。ここまでのすべての研究成果を取りまとめ、本年度はCancer Research誌にて論文報告をおこなったが、同誌のHighlightでも取り上げていただくなどの評価を得ることができた。大腸癌治療におけるBMPシグナル伝達阻害剤の応用に関しては明確にPOCは取得することができたが、今後は他の疾患にも応用できる可能性があるか探っていきたい。大腸癌細胞では高頻度にWnt/beta-cateninシグナルが亢進し、これによりBMP4遺伝子の転写が亢進しており、この機能解析を行った。その結果、BMPI型受容体キナーゼ阻害剤によりこのシグナルを阻害すると、癌細胞にアポトーシスが誘導され、腫瘍形成が抑制された。またRNA-seqから、BMP-4は脱リン酸化酵素DUP5の発現を減少させ、Erkを活性化することでアポトーシス耐性を生じさせていることが判明した。本研究ではBMP-4シグナルを介した大腸癌細胞のアポトーシス制御の分子メカニズムを解明し、BMP阻害剤を用いた分子標的治療の可能性を明らかにすることができた。本年度の研究が概ね予定通りに遂行され、かつ予想した結果が得られているため、次年度以降でも研究開始当初の予定の通りに進行する予定である。BMP-4によるアポトーシス制御の分子メカニズムを調べるために、RNA-seqで得られた多くのBMP-4-Smad1/5の標的遺伝子の中から、アポトーシス制御に重要な遺伝子の同定を試みる予定である。さらに、大腸癌細胞移植モデルにおいて、低分子化合物LDN-193189を投与し、大腸癌の進展が抑制できるか、in vivoで検証する。
日本軍「慰安婦」制度の国際比較―帝国主義諸国の軍隊と性売買・性暴力

本研究は、日本軍「慰安婦」制度について、軍隊と性売買・性暴力との関連の視点から、19世紀から20世紀の帝国主義諸国との国際比較をおこなうことによって、その世界史的な位置とその歴史的な意味を明らかにすることを目的としている。そのために日本・沖縄を含めて、比較対象とする国は、米国、英国、フランス、ドイツ、オランダなど欧米諸国と韓国である。日本の場合、近代公娼制の展開から戦後の性売買の実態と政策のなかでこの問題を位置づける必要があるので、その史料調査を日本各地でおこない、史料を収集しつつある。特に元日本軍慰安婦が戦後に遺した日記や遊郭史料の分析を進めつつある。また韓国について、植民地時代ならびに戦後軍事政権下の性売買は日本軍と米軍と密接に関連しており、韓国での調査とともに韓国から研究者やこの問題に取り組んでいる民間団体のスタッフを招いての研究会もおこなった。米国の国立公文書館、議会図書館、トルーマン大統領図書館、ニューヨーク公共図書館、南カリフォルニア大学図書館など米国各地で史料収集をおこなった。米軍ならびに米国政府・社会の性売買と軍との関連についての多くの史料を収集することができた。フランス軍と韓国軍の関連史料の収集に努め、重要と考えられる文献・史料の邦訳を進めてきた。邦訳作業は今後も継続していく予定である。本共同研究の初年度として、史料調査、関連する研究文献の調査と邦訳(英語以外の諸外国語)に着手し、順調に研究は進展していると考えられる。今年度はすでに「研究実績の概要」でも述べたように、米国の各地の文書館における史料調査をおこない、多くの関連史料を収集できた。また韓国での植民地期ならびに戦後軍事政権下での軍隊向け性売買について、史料収集とその邦訳、関係する研究者や市民団体との研究交流もおこない、理解を深めることができた。まだ収集した史料などを分析するには至っていないが、本共同研究の初年度としては、史料・情報収集に重点をおいてきたので、おおむね順調に進展していると考えることができる。2019年度においても国内外での史料調査、関連する研究者などとの研究交流を進める。昨年度は実施できなかった英国の国立公文書館をはじめとし、英国図書館、ロンドン大学LSE図書館(女性図書館)、Society of Friends図書館、Wellcome図書館などで史料調査をおこない、英軍ならびにヨーロッパ各国の軍と性売買に関する史料を収集する計画である。また日本の公娼制に関する史料ならびに元日本軍慰安婦の日記の読み込み、分析を進める。またフランス軍についての史料収集に努め、それに関するフランスの研究者を日本に招請して研究会を持ち、これまで情報が少なかったフランス軍についての理解を深めたい。2019年度は、5年計画の2年目にあたり、引き続き史料・情報収集、関連する海外の研究者とのネットワーク作りを中心に進めていく計画である。

2019年度は、5年計画の2年目にあたり、引き続き史料・情報収集、関連する海外の研究者とのネットワーク作りを中心に進めていく計画である。
DNA修復酵素と光シグナル受容体

光回復酵素・青色光受容体(CRYタンパク)ファミリーのin vitro,in vivoでの機能解析を目指している。これら機能的に全く異なる2種類のタンパクについて以下の解析を行なった。1)光回復酵素については、Xenopusよりクローンした遺伝子に点突然変異を導入し、それらのrecombinantタンパクの活性をチェックする事により、酵素活性に変化があらわれる変異体を同定した。損傷特異的なDNA結合活性は残っているものの、DNA修復能を失っている、2種類の変異体を得た。これらの変異体はヒスチジン残基に変異を導入したものである。酵素活性のユニークなpH依存性、及びD20により活性が低下するというアイソトープ効果の解析は、この2つのヒスチジンが酸塩基として働き、損傷DNAを生成中間体にまで変化している事を示唆している。また、酵素の作用メカニズムを明らかにする有力な方法として、基質と結合した状態での結晶構造の決定を目指している。しかしながら、良好な状態の結晶はまだ得られていない。2)CRYタンパクについては、マウス、ゼブラフィッシュ、ショウジョウバエを用い、その機能解析を行っている。最初の予想通りショウジョウバエのCRYタンパクは概日リズムの光受容ステップに作用していた。しかし、マウスにおいては、mCry1,mCry2各々の遺伝子をダブルノックアウトマウスしたところ、恒暗条件では、全くリズムを失った。この事は、この遺伝子が概日リズムの時計本体として機能していることを示している。しかしながら、光受容能を持っていないのか同化は未定である。今後、更にin vivo,in vitroでの機能解析を行うために、ゼブラフィッシュ、シアノバクテリアからCRY遺伝子を単離した。このタンパクファミリーの全体像が明らかにされることが期待される。光回復酵素については、Xenopusよりクローンした遺伝子に点突然変異を導入し、それらのrecombinantタンパクの活性をチェックする事により、酵素活性に変化があらわれる変異体を同定した。これらの変異体の解析から、どのようなメカニズムにより修復反応が起こっているのか、理論的な展開が期待される。CRYタンパクについては、マウス、ゼブラフィッシュ、ショウジョウバエを用い、その機能解析を行っている。マウスには2種の青色光受容体遺伝子が存在するが、各々の遺伝子のノックアウトマウスを作成し、その表現型を観察した。mCry1,mCry2各々の遺伝子をノックアウトしたマウスは、行動リズムの周期が、それぞれ短くまたは、長くなっていた。これらからダブルノックアウトマウスを作成し、その行動リズムを観察したところ、恒暗条件では、全くリズムを失った。今後、更にin vitroでの機能解析を行うことにより、このタンパクファミリーの全体像が明らかにされることが期待される。

酵素活性のユニークなpH依存性、及びD20により活性が低下するというアイソトープ効果の解析は、この2つのヒスチジンが酸塩基として働き、損傷DNAを生成中間体にまで変化している事を示唆している。また、酵素の作用メカニズムを明らかにする有力な方法として、基質と結合した状態での結晶構造の決定を目指している。しかしながら、良好な状態の結晶はまだ得られていない。CRYタンパクについては、マウス、ゼブラフィッシュ、ショウジョウバエを用い、その機能解析を行っている。最初の予想通りショウジョウバエのCRYタンパクは概日リズムの光受容ステップに作用していた。しかし、マウスにおいては、mCry1,mCry2各々の遺伝子をダブルノックアウトマウスしたところ、恒暗条件では、全くリズムを失った。この事は、この遺伝子が概日リズムの時計本体として機能していることを示している。しかしながら、光受容能を持っていないのか同化は未定である。今後、更にin vivo,in vitroでの機能解析を行うために、ゼブラフィッシュ、シアノバクテリアからCRY遺伝子を単離した。このタンパクファミリーの全体像が明らかにされることが期待される。
走査型微小ホール素子顕微鏡を用いたエキゾチックな超伝導状態の研究

本研究は強相関電子系において近年数多く発見されているエキゾチックな超伝導状態の解明を目的としている。本年度は重い電子系超伝導体URu_2Si_2の特異な超伝導状態の舞台となる「隠れた秩序」状態について研究を行った。この物質ではT_c=1.4Kで超伝導転移を示し、これまでの熱測定による先行研究や昨年度までの本研究による下部臨界磁場の実験結果より、時間反転対称性の破れた特異な超伝導状態であることが示唆されているが、その発現機構の解明には至っていない。その一方で、この物質ではT_h=17.5Kで比熱が明瞭な2次相転移を示すことが知られており、その秩序変数は発見以後25年経過した現在においても明らかになっておらず、「隠れた秩序」として注目を集めている。この物質では圧力・温度相図においてこの隠れた秩序相でのみ超在導が発現することが知られている。従って超伝導発現機構を解明する上で、この隠れた秩序相の解明は極めて重要である。そこで本研究では、この隠れた秩序状態を明らかにすべく、T_hで何の対称性が破れているかに注目して、磁気異方性に非常に敏感な磁気トルク測定装置の開発及び測定を行った。今回、正方晶単結晶のab面内に正確に磁場を印加することによってトルク測定を宅った結果、隠れた秩序相において正方晶では予期されない2回対称振動を観測した。このことに隠れた秩序が正方晶の面内4回回転対称性を破る電子状態であることを示唆しており、隠れた秩序の解明に向けた重要な実験結果であるといえる。本研究では、重い電子系化合物や有機伝導体などにおいて期待されるエキゾチックな超伝導状態の磁気構造を直接研究することのできる新しいスペクトロスコピーを確立すべく、極低温・強磁場下において測定可能な走査型微小ホール素子顕微鏡の開発を進めている。第1年度目における研究では、走査型微小ホール素子顕微鏡の立ち上げ、及びアレイ状に配置した微小ホール素子を使用することで超伝導体試料の局所磁化の空間依存性を測定可能なシステムを構築し、重い電子系超伝導体や昨年発見された鉄砒素系高温超伝導体の下部臨界磁場の精密な評価を行った。まず走査型ホール素子顕微鏡の立ち上げに関しては、顕微鏡部分の設計・開発を行い、極低温用インサートと組み合わせ、ヘリウム3温度において強磁性体試料(ガーネット膜)の磁区の観測を行った。現在は第二種超伝導体における渦糸構造の観測を行い、測定条件等の最適化を進めている。また我々は微小ホール素子アレイを使用することで試料の中心や端など各々の場所における局所磁化の測定を行い、磁束の侵入が始まる試料端における局所磁化を評価することによって砒素系高温超伝導体の下部臨界磁場の精密な決定を行った。さらに、得られた下部臨界磁場の温度依存性はマイクロ波による磁場侵入長測定の結果と非常に良く一致し、鉄砒素系高温超伝導体PrFeAsO_<1-y>がノードを持だないフルギャップの超伝導体であること、そして下部臨界磁場の異方性からは、この系がマルチバンド超伝導体であり、二次元的なフェルミ面がより大きなギャップを持つことが示唆され、これらはこの系における超伝導発現機構を研究する上で重要な結果であると考えられる。第2年度目における研究では、走査型微小ホール素子顕微鏡及びアレイ状に配置した微小ホール素子を用いて、重い電子系超伝導体URu2Si2の下部臨界磁場の精密な評価を行った。ここで下部臨界磁場及びその異方性は、ノードの有無に敏感な磁場侵入長やフェルミ面の異方性を反映するパラメーターであり、超伝導発現機構と密接に関係する超伝導ギャップ構造を議論する上でその評価は極めて重要である。しかしながら、これまでこの下部臨界磁場の評価は主にバルクの磁化測定に限られており、そのような手法では渦糸のピン止めに起因する試料全体の不均一な磁化を平均して測定してしまうという問題点があり、下部臨界磁場の決定は非常に困難であった。そこで我々は、本研究で立ち上げた、走査型微小ホール素子顕微鏡や微小ホール素子アレイを使用することで試料の中心や端など各々の場所における局所磁化の測定を行い、磁束の侵入が始まる試料端における局所磁化を評価することによって下部臨界磁場の精密な決定を行った。また希釈冷凍機と測定システムとを組み合わせることで、55mKという非常に低い温度までの測定を行った。得られた下部臨界磁場の温度依存性は、従来型のフルギャップの超伝導体で予想される温度依存性とは明らかに異なっており、低温側における振る舞いから、URu2Si2がノードをもつ非従来型の超伝導体であるということを支持する結果を得た。さらに、超伝導転移より低い温度で下部臨界磁場が折れ曲がりを示すという非常に特異な振る舞いが新たに観測された。これは異常な磁束侵入が起こっている可能性を示唆しており、実験・理論両面からのさらなる研究が望まれる。これらの研究成果については学会報告を行っている。

この物質ではT_c=1.4Kで超伝導転移を示し、これまでの熱測定による先行研究や昨年度までの本研究による下部臨界磁場の実験結果より、時間反転対称性の破れた特異な超伝導状態であることが示唆されているが、その発現機構の解明には至っていない。その一方で、この物質ではT_h=17.5Kで比熱が明瞭な2次相転移を示すことが知られており、その秩序変数は発見以後25年経過した現在においても明らかになっておらず、「隠れた秩序」として注目を集めている。この物質では圧力・温度相図においてこの隠れた秩序相でのみ超在導が発現することが知られている。従って超伝導発現機構を解明する上で、この隠れた秩序相の解明は極めて重要である。そこで本研究では、この隠れた秩序状態を明らかにすべく、T_hで何の対称性が破れているかに注目して、磁気異方性に非常に敏感な磁気トルク測定装置の開発及び測定を行った。今回、正方晶単結晶のab面内に正確に磁場を印加することによってトルク測定を宅った結果、隠れた秩序相において正方晶では予期されない2回対称振動を観測した。このことに隠れた秩序が正方晶の面内4回回転対称性を破る電子状態であることを示唆しており、隠れた秩序の解明に向けた重要な実験結果であるといえる。
水素分子による抗酸化力を利用した肺疾患の新しい治療と予防

多様な呼吸器疾患の病態には酸化ストレス関与が強く示唆されているが、水素分子(H2)の抗酸化作用はハイドロキシラジカル(-OH)などの酸化力が強い活性酸素種への選択的還元性と高い生体膜通過性を特徴としている。今回-OHが主な傷害活性酸素種である放射線肺障害やイレッサ薬剤性肺障害モデルとなる培養細胞、マウスを用いたモデル実験においてH2処理はいずれも抗酸化、傷害抑制効果をもたらした。副作用の少ない独創的な抗酸化剤としてその臨床応用が期待される。水素(H_2)分子独特の抗酸化作用はin vitroでH_2がヒドロキシラジカル(・OH)、パーオキシナイトライト(ONOO-)などの強い活性酸素種を選択的に還元する事とH_2分子が生体膜を速やかに通過する事などの利点が考えられ、様々な酸化障害モデルで抗酸化による障害抑制効果を示しており、副作用の少ない抗酸化剤としてその臨床応用が期待されている。一方、多様な呼吸器疾患の病態には酸化ストレスの強い関与が示唆され、その効果的除去は疾患治療の新たな手段となる。本研究ではH_2の臨床応用を念頭におき各種の障害モデルを用い種々の肺疾患の病態でのH_2処理による抗酸化効果に伴う酸化ストレス障害抑制効果を検討することを目的とする。平成22年度は、急性酸化障害に対するH_2処理の抗酸化効果を解析する目的で、放射線障害において特に・OHが主要な障害活性酸素種である為、放射線肺障害でのH_2分子治療の保護効果を培養細胞と動物モデルを用い検討し以下を報告した。ヒト肺胞上皮細胞A549に放射線照射で産生される・OHはESR、蛍光試薬HPF解析にてH_2処理群(H_2溶解培地)で低下し、酸化ストレスマーカーの8-OHdGや4HNE染色やアポトーシスマーカーのactivecaspase3,Baxのウエスタンブロット解析でもH_2処理群に抗酸化や抗アポトーシス効果を認め細胞生存率が上昇した。放射線肺障害マウスモデルでも8-OHdG染色やMDA解析またTUNEL染色、Baxのウエスタンブロット解析から放射線肺障害後1週間内の急性期でH_2処理群(3%H_2吸入、H_2飲水)に抗酸化や抗アポトーシス効果を認めた。胸部CT画像解析や肺組織のEMG染色、3型コラーゲン染色により放射線肺障害後5ヶ月の慢性期でもH_2処理群の線維化減少を認めた。H_2分子治療は放射線の活性酸素種による肺障害に抑制効果があることが示唆された。効果、毒性、耐性、選択性などから、臨床的に有効な理想的な放射線障害防御剤は見いだされていない為、独創的な放射線障害防御方法としてH_2分子は副作用のない治療として有用と考えられた。水素(H2)分子独特の抗酸化作用はin vitroでH2がヒドロキシラジカル(・OH)、パーオキシナイトライト(ONOO-)などの強い活性酸素種を選択的に還元する事とH2分子が生体膜を速やかに通過する事などの利点が考えられ、様々な酸化障害モデルで抗酸化による障害抑制効果を示しており、副作用の少ない抗酸化剤としてその臨床応用が期待されている。本研究ではH2の臨床応用を念頭におき各種の障害モデルを用い種々の肺疾患の病態でのH2処理による抗酸化効果に伴う酸化ストレス障害抑制効果の検討を目的とする。平成23年度は、急性酸化障害に対するH2処理の抗酸化効果を解析する目的で、放射線障害において特に・OHが主要な障害活性酸素種である為、放射線肺障害でのH_2分子治療の保護効果を培養細胞と動物モデルを用い検討し以下を論文として報告した。ヒト肺胞上皮細胞A549に放射線照射で産生される・OHはESR、蛍光試薬HPF解析にてH_2処理群(H_2溶解培地)で低下し、酸化ストレスマーカーの8-OHdGや4HNE染色やアポトーシスマーカーのactive caspase3,Baxのウエスタンブロット解析でもH_2処理群に抗酸化や抗アポトーシス効果を認め細胞生存率が上昇した。特にミトコンドリアでのBaxの発現を抑制していた。効果、毒性、耐性、選択性などから、臨床的に有効な理想的な放射線障害防御剤は見いだされていない為、独創的な放射線障害防御方法としてH2分子は副作用のない治療として有用と考えられた。

水素分子(H2)の抗酸化作用はハイドロキシラジカル(・OH)などの酸化力が強い活性酸素種への選択的還元性と高い生体膜通過性を特徴とし臨床応用が期待されている。放射線肺障害は・OHが主な傷害活性酸素種である為、昨年度まではH2による障害抑制効果を培養細胞と動物モデルで検討した。結果、H2添加によりヒト肺胞上皮細胞に放射線照射で産生される・OHの低下がESR解析で示され、8-OHdGの定量やcaspase3発現解析などから酸化ストレスとアポトーシスの増大が抑制されていた。放射線肺障害マウスモデルでも8-OHdGやTUNEL染色、Bax発現解析から照射後1週間の急性期でH2処理群(照射時3% H2吸入、以後H2水自由飲水)の肺で抗酸化や抗アポトーシス効果を認め、照射後5ヶ月の慢性期にはH2処理群で肺線維化の減少が認められた。このように放射線肺障害に対する水素分子治療の可能性が示唆される事を論文報告した。今年度は抗がん剤シスプラチンによるマウス腎毒性モデルにおいてH2水の飲水のみで腎障害が抑制される報告もあるため、肺がん治療薬ゲフィチニブの副作用である肺障害へのH2水飲水による抑制を検討した。ナフタレンをマウス腹腔内に投与し気道上皮に傷害を与え、更にゲフィチニブを1週間経口投与し傷害が増強するゲフィチニブ副作用肺障害モデルを作製した。ナフタレン肺障害のゲフィチニブによってより増強した体重低下やBALF中や肺組織気道周囲での炎症細胞の増加がH2水飲水群で有意に抑制された。以上、H2治療により放射線肺障害やゲフィチニブ肺障害が抑制された。H2摂取の安全性は高いことから、早期の臨床応用が期待できる。主に急性酸化障害に対するH2処理の抗酸化効果を解析する目的で、放射線障害において特に・OHが主要な障害活性酸素種である為、放射線肺障害でのH_2分子治療の保護効果を培養細胞と動物モデルを用い検討したが、H_2分子治療は放射線の活性酸素種による肺障害に抑制効果があり英文論文として報告する事ができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。他の肺病態でのH2処理による抗酸化効果に伴う酸化ストレス障害抑制効果の検討を目的とする意味で、酸化傷害の病態が関わるとされるブレオマイシン肺傷害、線維症モデル(培養細胞、マウスモデル)および肺気腫モデルとしてSAMP1マウスを用いH_2処理(H_2溶解培地、3%H_2吸入、H_2飲水)による抗酸化効果に伴う酸化ストレス障害抑制効果、保護効果を同様に検討する。