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太平洋における1998/99年の気候レジーム・シフトの実態と機構の解明

1998/99年に生じた北太平洋全体におよぶ気候変化,およびその背景となる大気海洋の変動について研究を行った.ここでは特に主要な成果について報告する.データー解析から20年変動と50-70年変動とが周期比3対1で同期して,北太平洋の気候レジーム・シフトを引き起こしていることを代表者は提案していた.この理論的な背景を探るために,簡単な遅延振動子モデルに周期的な外力あるいは周期的な変調を加えて,同期が生じる理由と条件とを,従来よりもはるかに見通しよく説明した.1998/99年頃に太平洋周辺の海氷変動にも,大きな変化が生じていたことを見出した.ベーリング海の海氷では,春の海氷が1999年頃から東部ベーリング海で顕著に減少し,この変化はアラスカにおける低気圧偏差によることが明らかになった.また,オホーツク海の海氷は長期的に減少傾向が続いていたが,1990年代後半および2000年代前半には一転して海氷が多い状態となった.この長期変動には,秋季の大気の状態が重要であることを明らかにした.海洋表面水温変動の振幅が大きいフロント域において,1998/99年の変化がどういった特徴を持っているのかを,独自の高解像度SST格子データ(インターネットで公開済み)を作成し評価した.北太平洋の亜熱帯フロントでは,顕著な水温上昇が見られるものの,亜寒帯フロントでは特段の変化が見られなかった.このことは,1970年代のシフトでは亜寒帯フロントの方が明瞭な変化を示したことと対照的な結果である.また,レジーム・シフトを特徴づけるアリューシャン低気圧の変動は,その冬季の強度から線形トレンドを除くと,bimodalな分布を示し,非線形フィードバックがレジーム・シフトの背景として重要であることを示唆した.1998/99年に生じた北太平洋全体におよぶ気候変化,およびその背景となる大気海洋の変動について研究を行った.ここでは特に主要な成果について報告する.データー解析から20年変動と50-70年変動とが周期比3対1で同期して,北太平洋の気候レジーム・シフトを引き起こしていることを代表者は提案していた.この理論的な背景を探るために,簡単な遅延振動子モデルに周期的な外力あるいは周期的な変調を加えて,同期が生じる理由と条件とを,従来よりもはるかに見通しよく説明した.1998/99年頃に太平洋周辺の海氷変動にも,大きな変化が生じていたことを見出した.ベーリング海の海氷では,春の海氷が1999年頃から東部ベーリング海で顕著に減少し,この変化はアラスカにおける低気圧偏差によることが明らかになった.また,オホーツク海の海氷は長期的に減少傾向が続いていたが,1990年代後半および2000年代前半には一転して海氷が多い状態となった.この長期変動には,秋季の大気の状態が重要であることを明らかにした.海洋表面水温変動の振幅が大きいフロント域において,1998/99年の変化がどういった特徴を持っているのかを,独自の高解像度SST格子データ(インターネットで公開済み)を作成し評価した.北太平洋の亜熱帯フロントでは,顕著な水温上昇が見られるものの,亜寒帯フロントでは特段の変化が見られなかった.このことは,1970年代のシフトでは亜寒帯フロントの方が明瞭な変化を示したことと対照的な結果である.また,レジーム・シフトを特徴づけるアリューシャン低気圧の変動は,その冬季の強度から線形トレンドを除くと,bimodalな分布を示し,非線形フィードバックがレジーム・シフトの背景として重要であることを示唆した.本年実行した以下の3研究項目について概要を述べる.大気循環と波動伝播の変化大気のwave activity fluxを解析により,アリューシャン低気圧の強化が顕著な1976年のシフトでは北太平洋45N付近にfluxの発散が見られるのに対し,East Pacific Patternの変化が卓越する1998/99年の変化では30Nと60Nに発散の中心が存在することが示された.この事実は,1970年代のシフトと1998/99の変化とは異なるSSTパターンと関係していることを示唆するものである.十年スケール変動の同期理論すでに申請者がデーター解析から提案した20年変動と50-70年変動との同期を,理論的に説明することを意図した.本研究では,可能な限り簡単化した遅延振動子理論(Saurez and Schopf 1988)に,最小の変更を加えた二つのプロトタイプ方程式について検討した.一つは同時フィードバックの強さが時間的に変化するもので(周期的変調),他の一つは周期的に変化する外力項が付加されるものである(周期的外力).周期的変調の場合は,振動周期は変調周期の2倍・4倍となり,偶数倍周期の同期が生じた.一方周期的外力の場合は,振動周期は変調周期の3倍・5倍となり,奇数倍周期の同期が生じた.これらの同期現象は,同時フィードバックが一定の大きさを持つ抵抗として働き,他の項の寄与がその抵抗(閾値)よりも大きい場合に,符号反転が可能となるという従来注目されることの無かったメカニズムによって,統一的に説明することができた.この研究は,Geophysical Reserach Lettersに投稿中である.海洋から大気へのフィードバック海外共同研究者である謝教授が衛星データーを駆使し,北太平洋・北大西洋での海洋が大気に影響を与える一連の証拠をまとめた.

一方見延は,独自に作成した高解像度のSSTデーターを用いて,北太平洋の亜寒帯フロント・亜熱帯フロントの20世紀を通じた十年スケール変動を明らかにし,また湾流フロントが北大西洋数十年変動と関連する顕著な変化を示していることも明らかにした.昨年度投稿した気候の振動における非線形同期についての,理論的な解析は,今年度の改訂を経て出版された(Minobe and Jin,2004).1998/99年頃に太平洋周辺の海氷変動にも大きな変化が存在していたことを見出した.ベーリング海の海氷では,海氷と風の特異値分解解析により,春の海氷が1999年頃から東部ベーリング海で顕著に減少し,この変化はアラスカにおける低気圧偏差によって南東風偏差が生じたためであることが明らかになった(Sasaki and Minobe,印刷中).アラスカの低気圧偏差は,研究代表者が1998/99年の主要な変化として指摘した(Minobe 2002,Prog.Oceanogr.)East Pacific Patternの北の極に当たる.また,アラスカからベーリング海にかけての低気圧偏差が,1997年からのオホーツクの海氷の増加をもたらしたことを見出した.海洋表面水温変動の振幅が大きいフロント域において,1998/99年の変化が過去の変化と比べてどういった特徴を持っているのかを,独自のSST格子データを作成し評価した.北太平洋の亜熱帯フロントでは,顕著な水温上昇が見られるものの,亜寒帯フロントでは特段の変化が見られなかった(Minobe and Maeda,印刷中).このことは,1970年代のシフトでは亜寒帯フロントの方が明瞭な変化を示したことと,対照的な結果である.さらに,1998/99年の変動を理解する上で基礎となる,日本付近の縁辺海の長期間の亜表層水温変動について,日本海をMinobe et al.(2004)として,オホーツク海をMinobe and Nakamura(2004)としてそれぞれ出版した.なお,作成したデータセットは,上の表面水温を含めインターネット上に公開済みである.この概要では特に我が国に関連の深い黒潮・親潮続流について述べる.0.4kmという非常に高い解像度を持つ海洋表面水温の衛星データ解析を行い,1998/99年の水温上昇がちょうど黒潮続流と親潮フロントの間に挟まれていることが明らかにした.その水温偏差は2002年には1998年以前の水準に戻っている.この1998/99年の水温上昇は,また非常に大きな潜熱・顕熱フラックスの変化を伴っており,高い表面水温に対応し,海洋から大気への熱放出偏差が生じていた.この熱放出偏差も黒潮続流と親潮フロントに挟まれている.衛星高度計から推定された表面地衡流速と比較すると,海洋表面水温が高い1999-2001年には,黒潮続流の定在蛇行の第一の峰が通常よりも北上していた.この北上は海洋表面水温上昇の南西部の昇温の局所的な極大をよく説明するものの,より広範な水温上昇は説明できない.そこで地衡流速場を用いて粒子追跡を行ったところ,1999-2001年に黒潮に投入した粒子は,その前後よりも北緯39度以北(昇温域の北半分)に到達する粒子の割合は有意に高かった.この結果は,平均流の位置の変化と関係する渦場による移流が水温上昇に重要な役割を果たすことを強く示唆している.
水溶性植物繊維の過剰摂取による結腸癌の発生率増大に「関する研究

研究成果の概要:水溶性食物繊維と不溶性食物繊維の摂取量比の目標値を設定する必要があるかどうかの検討を目的にラット大腸癌の化学発癌に対するグアガムおよびグアガム:セルロース1:2の投与の影響を検討した。結果を要約すると次の通りである。1.グアガムがラット大腸化学発癌を促進するという既報を確認した。2.投与グアガムの2/3をセルロースに置換するとこの発癌促進が完全に抑制された。3.1.の場合も2.の場合も血清コレステロール、血清トリグリセライドは減少し、一日あたり糞中胆汁酸排泄量はほぼ倍増した。4. 1.の場合は糞中の総胆汁酸濃度が対照群と同じかそれより有意に高く、2.の場合は対照群より低く、半分に近かった。5.脱抱合活性は1.で対照より高く、2.では低かった。したがって、化学発癌剤の腸管内での脱抱合も1.で高く2.で対照より低いものと推定した。6. 7_<-α->脱水酸化活性は1.では対照群や2.群よりも低いものと推定された。その根拠は、1.では盲腸内乳酸、酢酸、プロピオン酸の量が対照群や2.群の倍量に近かった事である。その結果、1.群の二次胆汁酸濃度は最も低く、また、1.群の新生物は全てadenomaであった。以上より水溶性食物繊維と不溶性食物繊維の摂取量比が指針として公表されることが望ましいと結論した。わが国で見られる一部健康飲料や経腸輸液に添加されている水溶性食物繊維の発癌促進の可能性を検討するため、ラットの化学発癌率に対する水溶性食物繊維及び不溶性食物繊維の影響を検討し、以下の結果を得た。S.D.系ラット120匹の1,2ーdimethylhydrazine(20mg/Kg、1回/週、12週間投与)による結腸癌の化学発癌率は28週間飼育後、飼料中に食物繊維を投与しない群に比べグアガム部分分解物(以下SDF-GUA)の投与によって上昇傾向を示し、更にSDF-GUAのみからの一部を8:4あるいは6:6の割合でセルロース(以下IDF-CEL)に置換すると上昇は抑制された。SDF-GUAは盲腸内pHを酸性にする傾向が見られたが、IDF-CELはその傾向を抑制した。SDF-GUAは小腸、大腸の長さを延長したがIDF-CELはその延長を抑制した。これらの傾向は何れもIDF-CELの割合が大きいほど顕著であった。糞の湿重量はIDF-CELが多いほど重かった。糞中の水溶性食物繊維及び不溶性食物繊維の定量を一部の検体につき実施したところ、SDF-GUAは18週目ではほぼ分解されていたが、IDF-CELは殆ど分解されずに排出されていた。SDFによる化学発癌率の上昇の報告は多いが、IDFによりこれが抑制される事がほぼ明らかになった事から、ヒト食生活においてもIDF/SDF摂取量比が著しい偏りを示す食生活は望ましいとは言えず、食生活指導の対象になるものと考えられる。一部健康飲料や経腸輸液に添加されている水溶性食物繊維の発癌促進の可能性せ検討するため、ラットの化学発癌率に対する水溶性食物繊維及び不溶性食物繊維の投与の影響を検討し、昨年度に予備的結果を報告したが、その後癌病変部位等の病理組織学的検査をフォルマリン固定後の組織切片につき実施すると共に、ラット糞中の食物繊維の分別定量を行い、以下の結果を得た。

S.D.系ラット120匹の1,2-dimethylhydrazine(20mg/Kg、1回/週、12週間投与)による結腸癌の化学発癌率は28週間飼育後、飼料中に食物繊維を投与しない群に比ベグアガム(以下SDF-GUA)の投与によって上昇傾向を示し、更にSDF-GUAのみからその一部を8:4あるいは6:6の割合でセルロース(以下IDF-CEL)に置換すると上昇は抑制された。SDF-GUAは盲腸内pHを酸性にする傾向が見られたが、IDF-CELはその傾向を抑制した。SDF-GUAは小腸、大腸の長さを延長したがIDF-CELはその延長を抑制した。糞の湿重量はIDF-CELが多いほど重かった。糞中の水溶性及び不溶性食物繊維の分別定量を実施し、SDF-GUAはいずれの投与群でも、9、18、24週のどの時期でもほぼ完全に分解されていたが、IDF-CELは殆ど分解されずに排出されていた。SDFによる化学発癌率の上昇の報告は多いが、IDFによりこれが抑制される事がほぼ明らかになった事から、ヒト食生活においてもIDF/SDF摂取量比が著しい偏りを示す食生活は望ましいとは言えず、食生活指導の対象になるものと考えられる。水溶性食物繊維(以下SDF)の摂取による動物の化学発癌率の上昇を報告した文献は多いが、我々も8年度及び9年度の研究でこれを確認するとともに、更に不溶性食物繊維(以下IDF)の摂取が発癌率の上昇を抑制する事を示す事が出来た(平成9年度実績報告)。しかし、この発癌実験ではIDFによる発癌率の抑制に関して統計学的に有意な結果として示す事が出来なかった。そこで、最終年度ではあるが、いくつかの実験条件(ラット系統の選択、n-6系脂肪酸の増量等を含む)につき改良しながら再度発癌実験を実施した。その結果、前回の実験とは異なって、肉眼的に判定した腫瘍数ではあるが、明らかに統計学的に有意差をもってSDFの摂取により化学発癌率は上昇し、IDFの摂取によってこれがほぼ完全に抑制された。現在、病理学的な組織検査を行っている。また、前回報告した盲腸内pH酸性化のIDFによる抑制、大腸、盲腸、小腸の重量増や延長のIDFによる抑制その他の結果はほぼ全部再確認する結果となり、新たに糞便中の発癌関連酵素活性の測定、盲腸中の短鎖脂肪酸の測定など追加項目についても実施したところ、SDFとIDFのバランスある摂取が動物の大腸癌の化学発癌率を抑制することを支持する結果を得た。これらの事から、病理学的検査の結果を待って、人の食生活においてもIDF/SDF摂取量比が著しい偏りを示す食生活は望ましくない事を、研究論文として報告する予定である。
マイクロフルイディックス分野における流れの可視化法の構築

マイクロフルイディックスの分野はMEMS(マイクロマシン)やμTAS(マイクロトータル解析)の技術の発展とともに急速に進展している。このような分野において、デバイスの開発や利用において、気体や液体をマイクロおよびナノリットルの流量で正確に制御する必要がある。そのためには、流れの特性を知るために可視化が重要になってくる。本研究では、マイクロチャンネルの研究としてマイクT字管に着目して研究を行った。実験においては、異なる液体と気体の流量をそれぞれに制御しながらマイクロT字管の流動様式を観察した。今回作成した可視化のシステムで実験を行った結果、流動様式は大きく三つに分類できた。流動様式は気泡の発生、および液体に占める気体の量によって現象が異なる。また、研究のまとめとしてT字管内の流動や気泡の生成などについて理論的および実験的に解明した。実験結果では、1mm×100μmの矩形管と100μm×100μmの矩形形状のチャンネルを用いて実験を行った。前者の形状では、気体と液体の流量によって、流動様式が大きく三つに分類できる。しかしながら気泡の発生における基本的なメカニズムについては同じようであった。一方、後者の形状のチャンネルにおいては、圧力と表面張力との相互作用によって気泡が生成される。その現象はかなり高速である。また、理論解析と実験結果の比較において、気泡の生成のメカニズムを理論的に解析した場合、その特性値であるキャピラリー波を比較するとよい傾向を示した。最後に、今回の研究において可視化の装置の検討および作成に多くの予備実験を行い多くの知見を得た。特に、マイクロチャンネル内の現象を撮影する技術の難しさや画像の拡大による様々課題が見出された。今後、このような点について研究を深めていきたい。最後に、今回の科学研究補助金が物品購入や研究に役立ち、多くの成果をあげることができました。この補助金に対しまして深く感謝致します。本年度は、科研費申請の初年度(2年計画)で流路の作成や可視化の基礎実験を行った。流路の作成では、エッチングやワイヤーカット法などで流路を作成した。流路作成にはジュラルミンおよびアルミの板に溝を彫った単管タイプおよび複合流路さらにはガラスのチューブを加工した流路を用いて実験を行った。可視化の実験では、科研費で購入したマイクロシリンジポンプを用いて管内に液体や気体を注入して、その流れの様子を観察した。流れの観察では、科研費で購入したズームレンズを用いて、最大1000倍まで拡大して流れの可視化を行った。単管では、主にキャピラリーの実験を行い、従来の結果と比較した。その結果、従来報告されている現象と同じような結果を得てこの方法の信頼性を確認できた。複合流路についてはY型、T型の流路を作成して検討を行った。その流路を基に可視化の実験を行ったが、流路からの液体漏れや光の屈折などの諸問題が生じた。これらの問題については、現在検討中であり今後の課題でもある。また、石英ガラスで作成したT型流路については、気液二相流の実験を行った。気体と液体の界面を鮮明に捉えることができ良好な可視化画像を得ることができた。さらにその画像をパソコンに取り込み諸特性を調べた。この方法で、画像解析ができることを実証することができた。しかしながら、液体が気泡により分離する現象は非常に高速で生じるため現在のCCDカメラでは捉えることができなかった。来年度購入予定の高速度ビデオカメラを用いれば可視化することが可能であると考えている。

さらにY字型の管においては、流れの混合実験を行った。Y字型の片方から蒸留水を流し、他方から染料を含んだ蒸留水を流してY字の結合部分での可視化を行った。その結果、流速が遅い範囲では二層状態が維持され染料の混合現象は観察されなかった。この結果は、界面での混合が活性化するという報告と異なるものであった。さらに、来年度は詳細な実験を行い混合現象の解明に望みたい。本年度は、科研費申請の最終年度(2年計画)で、流路の作成や可視化の基礎実験のまとめを行った。流路については、ガラス製の円管、Y字型のガラス管、ワイヤーカットで金属片に溝を加工した流路および石英ガラスで作成したT字型のマイクロチャンネルなどを用いて、流動現象を観察した。本実験で構築した可視化の実験装置を用いて、これらの流路についての可視化の実験を行った。その結果、次のことが分かった。ガラス管の実験では、直径が130μm、200μmの円管を用いて、特にキャピラリーの可視化実験を行った。その結果、顕微鏡やズームレンズで管内部を拡大して界面の流動や形状をとらえることができた。Y字型の流路では、色素の付いた流体と水をY字管に流して色素の混合する様子を観察した。その結果、当初、言われていた顕著な混合促進効果については期待できないことが分かった。ワイヤーカットで作成した流路では、熱伝達特性も加えて実験を行った。実験の結果、伝熱促進の効果がみられた。最後にT字型マイクロチャンネルの流路では気液二相流の研究を行った。その結果、T字型チャンネルを立てた場合とねかせた場合とでは、流動様式が異なることが分かった。その影響は、気泡の浮力、界面の表面張力が大きく影響していると考えられる。流動現象は大きく3つに分けられる。下流ではスラグ流になるが、その流動は流量に大きく依存する。また、気相の層が液体の流れにより引きちぎられて、小さな気泡になることが分かった。そのメカニズムは比較的安定で、今後の気液二相流の制御やマイクロバブルの利用に大きく貢献できる数多くの知見を得た。これらの実験結果については、日本機械学会の茨城講演会で発表して、さらに7月の国際会議で発表する予定である。
一般化優対角行列の判定法の開発と並列処理向き反復法の研究

線形方程式Ax=bに対して、AがH行列の時にも基本反復法が、適用できる。このような性質を持つH行列は、理工学の分野に重要な行列である。従って、与えられた行列が一般化優対角行列(H行列)であるかないかの簡単な判定方法の開発が望まれている。平成11年度は,この一般化優対角行列の判定方法として反復型の改良を行い、この判定法を種々の例題に適用し、一応の成果を得た。これらの成果については、平成11年6月18日20日:第3回環瀬戸内応用数理研究部会(山口市)、平成11年10月4日6日:日本応用数理学会(松山市)等において、順次、発表を行った。平成12年度は,この判定法を実際に出会う問題に適用し、この手法の更なる有効性についても確認をした。我々は、今回、反復型の収束過程をより分析することで、一般化優対角行列が持つ固有の特性を知った。このことから直接型の判定法の開発を試み、一部のH-行列に対しては、Yi ming Gaoの判定法よりも演算量が少ない方法の開発に成功した。これらの成果については、平成12年6月15日17日:第4回環瀬戸内応用数理研究部会(武雄市)、平成12年10月6日8日:8本応用数理学会(東京都)、等において、発表を行った。また、この研究期間に、本研究グループは、これらの研究成果について、7件の論文(別に記載)として発表を行った。今後の課題は、より多くのH-行列に数値実験を施し、数学的妥当性の証明を行うことである。本年度は、一般化優対角行列の判定法として反復型の改良を行い一応の成果を得た。この判定法を実際に出会う問題に適用し、この手法の有効性についても確認した。この成果は、平成11年6月18日20日:第3回環瀬戸内応用数理研究部会(山口市)、平成11年10月4日6日:日本応用数理学会(松山市)、平成11年11月24日26日:第12回計算力学講演会(松山市)、において、順次発表を行った。我々は、反復型の収束過程を分析することで、一般化優対角行列が持つ固有の特性を知った。今後、この特性を利用することでの直接型の判定法の開発が期待できる。来年度は、この判定法の開発と、その数学的妥当性の証明を行う予定である。そして最終目的の並列化を試みることになる。本年度は、前年度に一般化優対角行列の判定方法として反復型の改良を行い、それにより一応の成果を得たことを踏まえて、この判定法を実際に出会う問題に適用し、この手法の有効性について更なる確認をした。これらの成果については、平成12年6月15日17日:第4回環瀬戸内応用数理研究部会(武雄市)、平成12年10月6日8日:日本応用数理学会(東京都)、平成12年11月20日22日:京都大学数理解析研究所共同研究集会(京都市)等において、順次発表を行った。また、この研究期間に、本研究グループは、7件の論文発表(別に記載)も行った。我々は、反復型の収束過程をより分析することで、一般化優対角行列が持つ固有の特性を知った。
スペース中間赤外線観測による銀河の形成と進化

本年8月末に次期スペース赤外線衛星であるSIRTF(改めSpitzer Space Telescope : SST)が打ち上げられ、12月には本観測が始まった。これから貴重なデータが山のように生産されるはずだが、それまでの最も重要なデータはISOが得たものである。私はその中で中間赤外線(6.7ミクロン)で最も検出限界の深いデータの総まとめを行った。革新的なデータ解析とその結果得られた最も深い銀河のナンバーカウントを公表した。また、解析したデータ自体もISOのwebで公開している。次の論文では6.7ミクロン天体を統計的優位度の観点から2つに分け、やや統計の劣る検出天体を用いずとも、以下の結果を導き出せることを示した。可視から中間赤外線に渡るカラーで6.7ミクロン天体は3種に分けることができた。すなわち、もはや星生成を行っていない近傍の早期型銀河、その前駆体となる高赤方偏移銀河、そして星生成の只中にある銀河である。それらの比は1:1:1であったが、統計の劣る暗い天体だけに限ると、高赤方偏移の早期型銀河の前駆体となる銀河が多数を占めた。6.7ミクロンは、高赤方偏移天体に対して銀河内の星質量の良き指標となる静止系の近赤外光となることから、不定性を抑えた星質量の議論が可能である。結果は大きな星質量を持った銀河の数が高赤方偏移ではやや近傍のものより小さく、比較的最近大質量銀河を生成する何らかの機構が働いていたことを示唆するものとなった。これについては論文に先んじて国内学会でも報告した。発見した高赤方偏移天体のうち、半分がX線、サブミリ波、センチ波で何らかの活動性を示していた。これらの天体は可視域で赤い色を示し、可視からサブミリ波の放射はX線やセンチ波より強く、ホスト銀河の寄与が大きいと考えられ、また、星質量も大きかった。これらの興味深い結果については、メキシコの国際学会で報告し、SSTに次期観測提案として応募した。中間赤外線(6.7ミクロン)の観測により検出された天体の性質を探究した。まず、手許の可視、近赤外のデータを用いて6.7ミクロン天体の対応天体を決定した。これらの波長域では天体の密度が極めて大きいため、統計的手法を導入して対応天体を決めた。さらに、X線、サブミリ波、電波領域で公開されている検出天体のデータから全てに6.7ミクロンでの対応天体が見出された。こうして出揃った他波長データを星・ダスト系の銀河モデルであるGRASILを用いて評価した。可視、近赤外のカラーでは晩期型銀河、低赤方偏移および高赤方偏移での早期型銀河の3種に分類でき、それらの比は大まかに言って1:1:2であった。さらに一歩進め、それらの赤方偏移を求めた。ある程度分光的に赤方偏移が決まっているものもあったが、残りは測光学的に決めた。カラーの議論と同じく、かなりの頻度で高赤方偏移のものが見つかった。この段階で6.7ミクロン光度が高赤方偏移の近赤外光度であることに着目した。銀河の近赤外光度は銀河中に含まれる星の質量と強い相関があるのである。この相関から6.7ミクロン銀河の星の質量を求めた。結果は高赤方偏移に至るまで近傍の大質量銀河と同程度のものが存在することを示していた。さらにそれらの空間密度を考慮してやると、大質量銀河に限れば既に遠方において近傍と同程度の星質量密度を与えることがわかった。これらの知見については、国内学会で報告すると共に論文にまとめた(現在、審査中)。この6.7ミクロン銀河の性質は次世代のスペース赤外線観測装置であるSIRTF及びASTRO-Fでの観測戦略に大きな影響を与える。その一例として、高赤方偏移での構造の探査がある。早期型銀河は高密度構造と強い相関を持つため、高赤方偏移の早期型銀河を選択的に検出する中間赤外線観測で遠方での構造を探るのである。これはチリでの研究会で報告した。

6.7ミクロンは、高赤方偏移天体に対して銀河内の星質量の良き指標となる静止系の近赤外光となることから、不定性を抑えた星質量の議論が可能である。結果は大きな星質量を持った銀河の数が高赤方偏移ではやや近傍のものより小さく、比較的最近大質量銀河を生成する何らかの機構が働いていたことを示唆するものとなった。これについては論文に先んじて国内学会でも報告した。発見した高赤方偏移天体のうち、半分がX線、サブミリ波、センチ波で何らかの活動性を示していた。これらの天体は可視域で赤い色を示し、可視からサブミリ波の放射はX線やセンチ波より強く、ホスト銀河の寄与が大きいと考えられ、また、星質量も大きかった。これらの興味深い結果については、メキシコの国際学会で報告し、SSTに次期観測提案として応募した。
天然物としてのN-メチル-D-アスパラギン酸の分布、代謝、機能

1.N-メチル-D-アスパラギン酸の高速液体クロマトグラフィーによる分離定量生物組織の抽出液をo-phthalaldehydeとN-acetyL-L-cysteineで処理した後、(+)-1-(9-fluorenyl)ethyl chloroformateで誘導体化することによりN-メチル-D-アスパラギン酸を高速液体クロマトグラフィーで分離定量することが初めて可能になった。2.アカガイにおけるN-メチル-D-アスパラギン酸の臓器・組織分布従来、知られていたアカガイの足の筋肉のほかに、外とう膜、貝柱、えらなどにも筋肉に匹敵する含有率でN-メチル-D-アスパラギン酸が検出された。3.他の生物の組織におけるN-メチル-D-アスパラギン酸の分布二枚貝では、サルボウガイ、ハマグリ、イワガキ、ホタテガイ、ムラサキイガイにもその含有が明らかになったが、アサリ、セタシジミ、サラガイ、ウバガイなどには検出されなかった。他に調べた種々の無脊椎動物、脊椎動物のいずれにも検出されなかった。4.N-メチル-L-アスパラギン酸の発見と同定アサリ及びセタシジミにはN-メチル-D-アスパラギン酸が含まれないが、代わりにN-メチル-L-アスパラギン酸が含まれることが明らかになった。これは動物体からの本化合物の最初の発見例である。5.アカガイにおけるN-メチル-D-グルタミン酸の存在アカガイにはN-メチル-D-グルタミン酸の存在が示唆され、これを同定中である。1. N-メチル-D-アスパラギン酸の高速液体クロマトグラフィーによる分離定量法の高精度化:我々は先に生物組織の抽出液をo-phthalaldehydeとN-ecetyL-L-cysteineで処理した後、(+)-1-(9-fluorenyl)ethyl chloroformateで誘導体化することによりN-メチル-D-アスパラギン酸を高速液体クロマトグラフィーで分離定量する方法を確立したが、さらに、誘導体化試薬として上記試薬の鏡像体である(-)-1-(9-fluorenyl)ethyl chloroformateを用いるとN-メチル-D-アスパラギン酸とN-メチル-L-アスパラギン酸の溶出挙動が逆転することから、両鏡像体を併用することにより両N-メチルアスパラギン酸の、より高精度な分離定量が可能となった。2.アカガイにおけるN-メチル-D-アスパラギン酸の臓器・組織分布:従来、N-メチル-D-アスパラギン酸の含有が知られていたのはアカガイの足の筋肉のみであったが、上記の分離定量法の適用により外とう膜、貝柱、えらなどにも筋肉に匹敵する舎有率でN-メチル-D-アスパラギン酸が検出された。中でも外とう膜の環状の外周部分における含有率が高かった。3.他の生物の組織におけるN-メチル-D-アスパラギン酸の分布:まず種々の二枚貝を調べたところ、アカガイと同じくScapharca属のサルボウガイにおいては、やはり足筋肉、外とう膜などに高濃度にN-メチル-D-アスパラギン酸が含まれていた。他属については、アサリ、セタシジミなどには検出されなかったがハマグリやイワガキにも多量に検出され、Scapharca属に限られるものではないことが明らかとなった。とはいえ、巻貝やイカ、タコなどにおいては検出されず、ラットやウサギなど、哺乳類の脳にもこれまでのところ検出されていない。1.N-メチル_<-D->アスパラギン酸の分布の検討(第2段階)昨年度の結果を受けて、更に種々の生物における本化合物および_<D->アスパラギン酸の含有量を調べた。その結果、二枚貝においては、これまでのアカガイ、サルボウガイ、ハマグリ、イワガキに加えて、ホタテガイ、ムラサキイガイにもN-メチル_<-D->アスパラギン酸の存在が明らかになったが、サラガイやウバガイには検出されなかった。

なお、_<D->アスパラギン酸は上記の貝の全てに含有が認められた。更に、二枚貝以外に軟体動物腹足類に属するサザエ、エゾバイ、エッチュウバイ、ナメクジ、頭足類に属するタコ、節足動物甲殻類に属するクルマエビ、脊椎動物硬骨魚類に属するコイなどをしらべたところ、いずれにも_<D->アスパラギン酸が検出され、中でもクルマエビの神経組織における_<D->アスパラギン酸は量的にL体に匹敵するほどであったが、Nメチル_<-D->アスパラギン酸は全く検出されなかった。2.N-メチル-L-アスパラギン酸の発見アサリ及びセタシジミにはN-メチル_<-D->アスパラギン酸が含まれず、代わりにN-メチル-L-アスパラギン酸が含まれる可能性が高速液体クロマトグラフィーにより示唆された。そこで、蛍光誘導体化試薬として1-(9-fluorenyl)ethylchloroformateの(+)及び(-)量鏡像体を用いて高速液体クロマトグラフィーを行い、さらに薄層クロマトグラフィーを組み合わせて検討した結果、これがN-メチル-L-アスパラギン酸であることを証明することができた。これは動物体からの本化合物の最初の発見例である。1.アカガイ以外の生物におけるN-メチル-D-アスパラギン酸の分布の検討既にアカガイ以外の多くの貝類がN-メチル-D-アスパラギン酸を含有することを見出したが、さらにアメリカザリガニなど種々の無脊椎動物を調べた結果、含有するものは見出せなかった。2.アサリ及びセタシジミに含まれるN-メチル-L-アスパラギン酸の同定これらの二枚貝にはN-メチル-D-アスパラギン酸が含まれず、代わりにN-メチル-L-アスパラギン酸が含まれることを示す種々の証拠を、昨年度に得たが、さらに、本化合物の(+)-1-(9-fluorenyl)ethyl chloroformate誘導体がN-メチル-D-アスパラギン酸の(-)-1-(9-fluorenyl)ethyl chloroformate誘導体と同一の挙動をとること、また、逆の組み合わせでも両誘導体が同一の挙動を示すことを、高速液体クロマトグラフィーにより確認した。したがって、ほぼ疑いの余地無く、本化合物をN-メチル-L-アスパラギン酸として同定できる。3.アカガイのN-メチル-D-アスパラギン酸代謝酵素系の探索多数のアカガイ組織試料中のN-メチル-D-アスパラギン酸とD-アスパラギン酸の含有量を比較したところ明らかな相関関係が認められた。これに基づいて、D-アスパラギン酸をメチル化してN-メチル-D-アスパラギン酸とする酵素系を、種々のメチル基供与体を用いて探索しているが、その存在を示す証拠は得られていない。4.アカガイにおけるN-メチル-D-グルタミン酸の存在この化合物の存在を示唆する結果を得て、同定が進行中である。
生体内機能的Ｔ細胞の運命決定因子の解明とそのＴ細胞レセプター改変細胞療法への応用

CD28刺激は短命で強い細胞傷害性のT細胞を、VLA-4/5を介した刺激はメモリー形成能が高く再刺激時マルチファンクション性が高いT細胞を生成することを示した。食道癌に対するMAGE-A4特異的TCR遺伝子導入T細胞輸注療法の第1層臨床試験で、リンパ球減少性前処置を施さない場合、輸注細胞の長期血中存在と臨床効果は比例しないことを見出した。内因性TCR発現を抑制する独自開発ベクターを用い、非自己のリンパ球による細胞療法においてGvHD発症を抑えつつ腫瘍特異性を付与する技術を確立した。細胞内抗原由来ペプチドとHLAの複合体を認識する抗体を取得し、これを用いたキメラ抗原受容体の有効性を示した。1.平成24年度にはヒト及びマウスのT細胞において、インテグリン分子からの刺激、及び共通ガンマ鎖サイトカイン、特にIL-2,IL-21からの刺激がT細胞のBcl-2,CD122の発現を上昇させ、活性化カスパーゼ3の発現を抑え、細胞の生存性を向上させるとともに、CD127^<high>KLRG1^<low>のメモリープレカーサー細胞の生成を向上させることを見出した。さらにこれらの現象がT細胞のマルチファンクション性の獲得と相関することを見出した(第16回日本がん免疫学会招待講演、日本癌学会・日本がん免疫学会主催Lloyd J Old Memorial Symposium招待講演他)。2.腫瘍特異的TCR遺伝子導入T細胞の開発を進め、MAGE-A4特異的TCR、NY-ESO-1特異的TCR、WT-1特異的TCRをレトロウイルスベクターにより効率良く発現するT細胞を作製し(Neuro. Oncol.2013、第18回日本遺伝子治療学会招待講演他)、これらを用いた遺伝子治療臨床試験を開始し、一部は終了した。これらの臨床試験検体は、本課題の命題である、T細胞の運命と質の評価とそのがん治療への応用を解析する貴重な試料となる。同時にTCR遺伝子導入T細胞輸注療法のマウスモデルを開発し(第18回日本遺伝子治療学会、第16回日本がん免疫学会他)、T細胞の生体内生存性や抗腫瘍効果に関わる質の評価系を確立した。4ファージディスプレイライブラリーを用いた新規腫瘍特異的抗体のスクリーニング系を確立した。本系を用いてscFv抗体遺伝子を用いたキメラ抗原受容体(CAR)による抗原レセプター改変T細胞を開発作製することが可能になった。1. T細胞において、CD28刺激は短命で直接的な細胞傷害性をもつT細胞を生成するが、インテグリン分子であるVLA-4/5を介した刺激はメモリー形成能が高く、再刺激時にマルチファンクション性の高いT細胞を生成することを示した(Hosoi et al. Eur J Immunol 2014 in press)。3.内因性TCRの発現を抑制する独自開発ベクターを用いることにより、非自己のリンパ球に腫瘍特異的TCR遺伝子を導入し輸注療法を行うと、輸注細胞に腫瘍特異性を付与すると共に移植片対宿主反応(GVHD)の発生を抑えることが可能な事を示した(JSH international symposium 2013、日本がん免疫学会総会2013シンポジウム、日本免疫学会総会2013他)。4.ファージディスプレイライブラリーから得られた新規腫瘍特異的抗体を用いて、有効なキメラ抗原受容体(CAR)療法を開発した。1.前年度に終了した難治性食道癌に対するMAGE-A4特異的TCR遺伝子導入T細胞療法の解析を実施し、リンパ球減少性前処置を施さない場合、患者末梢血中に輸注細胞は輸注後14日間ほどは輸注量に比例して検出され、その後急速に減少するが低頻度で検出され続けること、ただし長期の血中存在と臨床効果は必ずしも比例しないことを見出した(Kageyama et al. Clin Cancer Res 2015 in press)。平成26年度にはシクロフォスファミドとフルダラビンによる前処置を実施後にMAGE-A4特異的TCR遺伝子導入T細胞を輸注する医師主導治験を実施中である。また。白血病/骨髄異形成症候群を対象にWT1特異的TCR遺伝子導入T細胞輸注療法の臨床試験を実施中であり、固形癌を対象にNY-ESO-1特異的TCR遺伝子導入T細胞輸注療法の医師主導治験を開始した(US-Japan Cellular and Gene Therapy Confrence、日本輸血・細胞治療学会東海支部会2015他)。2.内因性TCRの発現を抑制する独自開発TCR導入ベクターを用いることにより、非自己のリンパ球に腫瘍特異的TCR遺伝子を導入しると、腫瘍

特異的反応性の付与とともに非自己反応性の低下を示すようになる解析を発展させ、骨髄移植後の再発白血病患者を対象としたTCR遺伝子導入ドナーリンパ球輸注療法を行い、GvHD発症を抑えつつ、抗腫瘍効果をもつドナーリンパ球輸注療法の開発を進めた(慶應大学がんプロフェッショナル養成基盤推進プラン2015他)。3.ファージディスプレイライブラリーを用いて、細胞内発現腫瘍抗原由来ペプチドとHLAの複合体を特異的に認識する抗体を取得し、これを用いたキメラ抗原受容体(CAR)の有効性を示唆する結果を示した(日本遺伝子治療学会総会2015他)。26年度が最終年度であるため、記入しない。腫瘍免疫、細胞療法、遺伝子治療26年度が最終年度であるため、記入しない。T細胞の生体内運命の決定因子の解析が1頂調に進んでいる。特筆すべきは、TCR改変T細胞輸注療法の臨床開発、TCR改変T細胞輸注療法のマウスモデル系、ファージディスプレイライブラリーを用いた新規腫瘍特異的抗体のスクリーニングが当初予定を上回るスピードで達成され、これらの成果を用いた研究を前倒しで行うことが可能になった。T細胞の生体内運命の決定因子の解析が順調に進んだ。その知見を活用して、TCR改変T細胞輸注療法の臨床開発が進み、MAGE-A4特異的TCR改変T細胞輸注療法については、より輸注細胞の生存性とマルチファンクション性を向上するプロトコールによる新たな臨床試験を医師主導治験として開始した。また、他のTCR(WT1及びNY-ESO-1特異的TCR)についても、臨床試験の開始や医師主導治験の準備の開始をみている。これら、研究課題から得られた知見の臨床へのフィードバックは特筆に価する。また、非自己の細胞を用いるTCR改変T細胞輸注療法やファージディスプレイライブラリーによる新規腫瘍特異的抗体を用いたキメラ抗原受容体遺伝子導入T細胞療法の開発も進み、これらの成果を用いた研究を前倒しで行うことが可能になっている。TCR改変T細胞輸注療法の臨床開発、TCR改変T細胞輸注療法のマウスモデル系、ファージディスプレイライブラリーを用いた新規腫瘍特異的抗体のスクリーニングが当初予定を上回るスピードで達成されているので、これらの成果を用いた研究を特に推進する。TCR改変T細胞輸注療法の臨床開発をさらに加速化して進める。特に医師主導治験の実施に注力する。また、非自己T細胞を用いたTCR改変細胞輸注療法、ファージディスプレイライブラリーを用いた新規腫瘍特異的抗体のスクリーニングが当初予定を上回るスピードで達成されているので、これらの成果を用いた研究を推進する。T細胞応答の解析が効率的に行えた結果、研究の達成に必要な物品が当初予定より若干少なくなった。次年度使用額は全て物品費に使用する。これにより、より有効なT細胞輸注療法をさらに加速して開発することを可能とする。
荒天イベントに着目した後浜変形長期予測モデルの開発

本研究は,荒天イベントに伴う地形変化に着目し,気象シナリオに対する20年程度の長期的な後浜変形を高精度で予測する後浜変形長期予測モデルの開発を試みた.茨城県鹿島灘に面する波崎海岸における後浜地形および波浪の約10年間の長期データを解析することにより,荒天イベントに伴う年に数回の波の遡上が,通年作用する風と比較して後浜長期変形に多大な影響を及ぼすことが明らかとなった.波崎海岸では長期的に後浜域が海側へ拡大する傾向にあり,長周期波に起因する漂砂がこの不可逆的な堆砂現象の支配的要因となっていた.以上の結果を考慮して長周期波の波高を変数とし,堆砂領域における漂砂モデルを構築したところ,堆砂現象を概ね良好に再現していた.風により発生する飛砂については,常時観測システムにより得られたデータを解析することにより,平均風速が大きくなるにつれて限界摩擦速度は小さくなることを明らかにした.飛砂の限界摩擦速度の変化特性および海岸植生の飛砂抑制効果を考慮した飛砂モデルを構築した.本研究では,当初目的としていた後浜変形長期予測モデルの開発,すなわち,漂砂および飛砂モデルの統合とそのモデルの検証には至らなかったものの,データ解析の過程で学術的意義の高い様々な知見を蓄積し,長期予測モデルの構築に必要とされる漂砂および飛砂モデルをそれぞれ構築した.これまで後浜に関する研究では,その変形要因を飛砂に限定して研究が行われる場合が多かったが,本研究で明らかにした後浜変形への漂砂の影響は,地形学的にも海岸工学的にも極めて有益な知見を提供する.後浜変形予測モデルの推定精度を向上させるため,飛砂の限界摩擦速度に着目した飛砂量算定法を提案した.また,現地調査により,汀線変化の後浜変形および底質粒径への影響(Fetch Effect)について調べた.飛砂量公式は,風の摩擦速度が限界摩擦速度を越える場合に飛砂が発生することを仮定しており,限界摩擦速度は飛砂量を推定する上で重要なパラメータである.飛砂の限界摩擦速度特性を調べるため,圧電振動子および風向風速計を用いて飛砂粒子数および瞬間風速データを1Hzのサンプリング周期で取得した.これらのデータを5分間隔で区切り,Time Fraction Equivalence Method (Stout,1997)を用いて限界風速を求めたところ,平均風速が大きくなるにつれて限界風速は小さくなった.平均風速の変化に伴う限界摩擦速度の変化を考慮した場合の推定飛砂量は考慮しない場合の約2倍となり,実測値に近い値となった.限界摩擦速度の変化を考慮することにより,飛砂量の推定精度は大幅に改善された.汀線変化の後浜変形および底質粒径への影響を調べるため,約1年半の間,1ヶ月に1回の頻度で後浜平面地形および底質粒径の岸沖分布に関する現地調査を行った.また,毎日撮影している後浜写真を判読することにより,汀線変化および植生(砂草)分布について調べた.その結果,平均汀線から60m陸側地点の砂堆付近では他の測点とは異なる変形特性が見られた.汀線が前進し,植生繁茂指数が大きい時期に顕著な堆積傾向が認められた.底質粒径は,後浜の海側に向かって日変動が大きくなり,平均中央粒径も大きくなるものの,調査期間中における明確なトレンドは認められなかった.本研究は,荒天イベントに伴う地形変化に着目し,気象シナリオに対する20年程度の長期的な後浜変形を高精度で予測する後浜変形長期予測モデルの開発を試みた.茨城県鹿島灘に面する波崎海岸における後浜地形および波浪の約10年間の長期データを解析することにより,荒天イベントに伴う年に数回の波の遡上が,通年作用する風と比較して後浜長期変形に多大な影響を及ぼすことが明らかとなった.波崎海岸では長期的に後浜域が海側へ拡大する傾向にあり,長周期波に起因する漂砂がこの不可逆的な堆砂現象の支配的要因となっていた.以上の結果を考慮して長周期波の波高を変数とし,堆砂領域における漂砂モデルを構築したところ,堆砂現象を概ね良好に再現していた.風により発生する飛砂については,常時観測システムにより得られたデータを解析することにより,平均風速が大きくなるにつれて限界摩擦速度は小さくなることを明らかにした.飛砂の限界摩擦速度の変化特性および海岸植生の飛砂抑制効果を考慮した飛砂モデルを構築した.本研究では,当初目的としていた後浜変形長期予測モデルの開発,すなわち,漂砂および飛砂モデルの統合とそのモデルの検証には至らなかったものの,データ解析の過程で学術的意義の高い様々な知見を蓄積し,長期予測モデルの構築に必要とされる漂砂および飛砂モデルをそれぞれ構築した.これまで後浜に関する研究では,その変形要因を飛砂に限定して研究が行われる場合が多かったが,本研究で明らかにした後浜変形への漂砂の影響は,地形学的にも海岸工学的にも極めて有益な知見を提供する.
歯髄組織を用いた破骨細胞前駆細胞のキャラクター解析

以前我々の研究グループは、生体内の破骨細胞は、細胞増殖が停止した前駆細胞(QOP)から分化することを明らかにした。しかし、QOPの細胞表面マーカーは未だ不明である。本研究では、QOPの特異的なマーカー蛋白質を見出し、生体内の挙動を解明することを目的とする。骨髄は破骨細胞前駆細胞を始めとした種々の血球系細胞が局在するため、QOPの同定は困難である。QOPの同定には、歯の硬組織に囲まれた歯髄組織を利用する。歯髄には血球系細胞が殆ど存在しないため、QOPの特定には理想的な細胞環境である。本研究により、QOPを介した骨調節機構の理解が進み、骨疾患治療法の新たな指針を見出す研究に繋がることが予想される。
細胞間コミュニケーションを介するがん抑制メカニズム

多細胞生物において細胞間コミュニケーションは組織や臓器を構築し、その恒常性を維持するために必須である。多くのがんではコネキシンの発現低下によるがんの悪性化が報告されている。そこで本研究では明らかにするためにがん細胞と正常細胞の間にコミュニケーションを確立させた場合のmiRNAの細胞間移動に着目した。正常細胞とがん細胞を共培養しコミュニケーションを確立させる前後の各細胞でのmiRNAの変化をマイクロアレイ法にて調べたところ、ギャップジャンクション依存的に数種類のmiRNAにおいて細胞間の移動が観察された。現在はそれらのmiRNAが細胞の形質変化に及ぼす影響を調べている。本年度の計画はギャップジャンクションを介する分子の動きを可視化する事により、がん細胞と正常細胞との間の細胞間コミュニケーション樹立を確認する。それらの候補となる分子による正常細胞とがん細胞コミュニケーションの確立がもたらすがん細胞の形質変化を詳細に調べることである。今年度に得られた結果を下記に示す。1、がん細胞としてC6グリオーマ細胞、正常細胞としてラット由来アストロサイトを用いることとし、培養を開始した。2、C6グリオーマ細胞間ではギャップジャンクションが形成されないこと、アストロサイト間ではギャップジャンクションが形成されることをFRAP(Fluorescence Recovery after Photobleaching)法を用いた実験により確認した。3、C6グリオーマ細胞にレトロウイルス法を用いてCx43を発現させ、恒常的にCx43を発現するC6グリオーマ(C6Cx43)を樹立し、免疫染色法にてCx43の発現を確認した。4、アストロサイトとC6Cx43細胞間にギャップジャンクションが形成されることをFRAP法を用いた実験により確認した。5、さらに、低分子化合物であるグルコースや核酸がギャップジャンクションを通過できるか否かを調べるため、CyAL-5 2-deoxyglucose optical probe(MW=853)およびAlexa Fluor 488-5-dUTP(MW=933.3)を購入し、細胞培養中に培地への添加を行ったが細胞内への取り込み量は少なく、満足の得られる結果ではなかった。現在は細胞内へ取り込ませるため様々な方法を検討中である。がん細胞にCx43を恒常的に発現させた細胞株C6Cx43を樹立し、正常細胞であるアストロサイトとのコミュニケーションを確立させることができた。しかし当初考えていたグルコースや核酸のギャップジャンクションを介した動きを観察するに至っていない.これはグルコースや核酸の細胞内導入が当初考えていたよりも困難であったためである。また、Fucciシステムを使った細胞周期観察は再度ウイルスベクターの構築をする必要がある。本研究の目的はがん細胞と正常細胞とのコネキシン43(Cx43)を介する細胞間コミュニケーションが双方の細胞に及ぼす影響を調べることでギャップジャンクションのがん抑制メカニズムを解明することである。本研究で得られて結果を以下に示す。1、前年度、FRAP(Fluorescence Recovery after Photobleaching)法を用いた実験によりC6グリオーマ細胞間ではギャップジャンクションが形成されないことを確認したが、本年度FACSを用いた解析ではC6グリオーマ細胞間においても若干の細胞間コミュニケーションが認められた。しかしながらCx43を発現させたC6グリオーマ(C6Cx43)間のコミュニケーションはその伝達速度において明らかな亢進が認められた。これらのことから、C6グリオーマ間にわずかに認められたコミュニケーションは生理的に意味があるかどうか疑問であると考えられた。2、C6グリオーマと正常細胞間のコミュニケーションを完全に遮断するため、Cx43flox/floxマウスからアストロサイトの培養を行い、Creリコンビナーゼを発現させることでCx43ノックアウト細胞(AstroCx43KO)の樹立を行った。さらに、C6グリオーマ細胞のCx43をノックアウトした細胞(C6Cx43KO)を樹立するため、Crispr/Cas9システムに用いるガイドRNAの設計を行いCas9発現ベクターに挿入しているところである。今後の研究の展開これまでに、様々な予期せぬ障害があり思うように実験が進まなかったが、C6Cx43KO、AstroCx43KO、C6、正常アストロサイトを用いた共培養でそれぞれの細胞の形質変化を網羅的な遺伝子発現解析およびmiRNA解析により明らかにしていきたい。当初の計画ではギャップジャンクションを介した低分子の移動を可視化する予定であったが、グルコースや核酸の移動を検出する方法についてなかなか解決策が見つからず時間を費やしてしまった。そこで、まず正常細胞とがん細胞の細胞間のコミュニケーションの有無による双方の細胞の形質変化を調べることとした。研究開始1年目にはFRAP法を用いた実験結果よりC6グリオーマには細胞間コミュニケーションはないと判断したが、その後FACSを用いた定量的解析により僅かながらC6グリオーマ同士にもコミュニケーションがあるのではないかと判断される結果を得た。これらの結果から、がん細胞-正常細胞間コミュニケーションを解析するにはCx43KO細胞が必要であることがわかり、現在その細胞樹立を行っている。幸い我々はCx43floxマウスを飼育しており、このマウス由来のアストロサイトを用いることでCx43KO細胞が得られる。また、C6グリオーマのCx43をCrispr/Cas9システムを用いてノックアウトする予定である。これらの細胞が樹立されれば、FACSを用いて正常細胞とコミュニケーションしたがん細胞と正常細胞とコミュニケーションをしていないがん細胞を分取し、その形質を網羅的遺伝子発現解析法を用いて調べることが可能となり、飛躍的に研究が進むと考えている。

本研究の目的はがん細胞と正常細胞とのコネキシン43(Cx43)を介する細胞間コミュニケーションが双方の細胞に及ぼす影響を調べることでギャップジャンクションのがん抑制メカニズムを解明することである。本研究で得られた結果を以下に示す。本年度FACSを用いた解析ではC6グリオーマ細胞間においても若干の細胞間コミュニケーションが認められた。しかしながらCx43を発現させたC6グリオーマ(C6Cx43)間のコミュニケーションはその伝達速度において明らかな亢進が認められた。これらのことを踏まえてがん細胞と正常細胞とのコネキシン43(Cx43)を介する細胞間コミュニケーションが双方の細胞に及ぼす影響を調べることとした。まずC6細胞およびC6Cx43細胞に赤色蛍光タンパク質を発現させ、正常細胞との共培養後にFACSによるC6と正常細胞の分取を可能にした。マウス由来アストロサイトとC6の共存培養24時間後にFACSによりC6とアストロサイトを分取し、C6単培養, C6Cx43単培養,アストロサイトとの共存培養後のC6とアストロサイトおよびC6Cx43とアストロサイトの6群からtotal RNAを抽出し、マイクロRNAアレイによる網羅的解析をおこなった。その結果Cx43発現により変化するmiRNAを数種類見出した。これらのmiRNAはギャップジャンクションを介した異種細胞間の移動の結果であると考えられた。現在それらのmiRNAを定量的PCRにて解析をおこなっている。さらに、C6グリオーマと正常細胞間のコミュニケーションを完全に遮断するため、Cx43flox/floxマウスからアストロサイトの培養を行い、Creリコンビナーゼを発現させることでCx43ノックアウト細胞(AstroCx43KO)の樹立を試みている。Cx43KOアストロサイトを用いた実験を組み合わせる事により本研究で見出されたmiRNAが細胞の形質に与える影響の詳細に明らかとなり、今後飛躍的に研究が進むと考えている。多細胞生物において細胞間コミュニケーションは組織や臓器を構築し、その恒常性を維持するために必須である。多くのがんではコネキシンの発現低下によるがんの悪性化が報告されている。そこで本研究では明らかにするためにがん細胞と正常細胞の間にコミュニケーションを確立させた場合のmiRNAの細胞間移動に着目した。正常細胞とがん細胞を共培養しコミュニケーションを確立させる前後の各細胞でのmiRNAの変化をマイクロアレイ法にて調べたところ、ギャップジャンクション依存的に数種類のmiRNAにおいて細胞間の移動が観察された。現在はそれらのmiRNAが細胞の形質変化に及ぼす影響を調べている。
持続性知覚性姿勢誘発めまいの病態解明

持続性知覚性姿勢誘発めまい(PPPD)は、最近診断基準が確立された比較的新しい慢性めまい疾患であり、病態を含め未だ解明されていない点が多い疾患です。しかしながら、これまで原因不明とされてきためまい患者さんの大多数がこの疾患に該当するものと考えられており、原因を究明することで大勢の方の症状改善につながる可能性があります。私たちは、PPPDの原因を明らかにし、その治療方法を開発するため、この研究を計画しました。