hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超小型・低消費電力のfin構造内蔵Si/LiNbO3超高速光変調器の研究開発

従来の強誘電体(ニオブ酸リチウム)を利用した光変調器では、ニオブ酸リチウム光導波路の作製技術上の問題から光導波路のコア径低減が容易でなかった。これに起因して光変調用電極の極板間距離も(最小の場合でも)マイクロメーター以下は困難であり、光変調効率の高効率化の為の高電界の印加が困難であった。そのため、センチメートル・オーダーの光走行長(デバイス長)により十分な光変調性能を得ていた。原理的にこれ以下のデバイスの小型化は困難であった。そこで、ドーピングしたシリコン・スロット導波路を高電界印加用の電極として活用し、これに接合したニオブ酸リチウム基板へ高電界を印加し、スロット導波路とニオブ酸リチウム界面のエバネッセント光を変調する構造を考案した。提案構造でデバイス断面サイズを縮小する際、エバネッセント光が放射モードに転化しないスロット導波路のサイズ・パラメータを決定し、さらにこの場合のスロット導波路のギャップ・サイズから電極電界を解析し、デバイス長の短尺化可能性を定量的に検証した。解析の結果、ミリメートル以下のデバイス長が可能であり、研究成果を国際会議(I.Tomita et al. The 15th International Conference on Group IV Photonics, Cancun, Mexico, 29ー31 August, 2018, Paper No.WP8)で報告した。本助成で入手した解析設計ツールを活用し、シリコン・スロット導波路とニオブ酸リチウム界面のエバネッセント光電界分布や導波光に対する実効屈折率の解析およびスロット導波路で発生する電極電界と導波光のカップリングの解析が順調に進展したため。解析データは、一部を上記の国際会議で報告したが、それ以外の部分については次年度以降に論文等で発表していく予定である。今後も提案光変調器の光・電界解析を行っていき、光変調性能の評価データを蓄積し、評価結果の精度を高めていく。今後の解析で1つ問題となるのは、提案変調器の性能限界を決めている大きな要因の1つとして、スロット導波路のギャップの電界がairの絶縁破壊電界を超えられないことがある。スロット導波路のギャップを誘電体等で埋めて絶縁破壊電界を上昇させれば、光変調効率を向上できる可能性がある。今後の検討課題の1つとしたい。また、提案変調器は単体で十分な性能を発揮するが、光コヒーレント通信で利用されるようなQAM(直角位相振幅変調)を実現する集積デバイスへの展開も可能である。QAMは振幅と位相の双方に情報を乗せ高い周波数利用効率を実現できる。最近では無線通信だけでなく、光通信でもその開発が発展しつつある。そのため、提案変調器をQAM用変調器として、シリコンチップ上での集積化に向けた検討も行っていきたい。この技術開発についても今後研究を進めていく。

そのため、提案変調器をQAM用変調器として、シリコンチップ上での集積化に向けた検討も行っていきたい。この技術開発についても今後研究を進めていく。解析設計ツールが予定額より若干安価であり、出張費等も予定額より少なかったため、この額が発生した。次年度の請求額(260千円、直接経費200千円、間接経費60千円)と加算し、研究成果の対外発表(次年度)の費用の一部あるいは外国出張の費用の一部として使用する予定である。
生物の群逃避行動を模倣する群ロボットの反射的振る舞いの高速伝播メカニズムの実現

生物の群れの回避行動を模倣し、Boidモデルに基づいて仮想インピーダンスベースのSchooling行動や群の障害物回避行動を実現したうえ、仮想敵から逃げるロボット個体の反射的逃避モードのダイナミックスと、群システムの安定性の保証や相互作用の単方向性を有する個体間の逃避モードの相互作用ダイナミックスモデルを設計した。構築したマルチロボットシミュレーションシステムを用いて、ロボット個体にマルチダイナミックスモード制御系を実装し、明示的なネットワーク通信を持たない群逃避行動の基本検証を行って、計画した協調手法の有効性を確認できた。また、シミュレーションシステムを用いて、異方性のセンシング設定での群伝搬特性の研究と、異なるグループを有する群システムでの群逃避のための、他のグループの逃避メモリ型の相互作用を導入する制御則を提案し、基本のシミュレーションを行って、特性を確認した。本年度は、提案する群逃避の協調行動を実現できる小型対向二輪型移動ロボットの機構及びセンシング・制御システムの設計を行い、第一試作機を5台製作し、基本センシング及び運動制御実験を行った。各ロボットは、RGBD高速ステリオセンサZEDmini及び小型画像処理ボードJetson TX2で構成したメインセンシング部を実装し、複数の周囲ロボットの群逃避振る舞いをオクルージョンを有する状況でのロバストかつ高速に感知すると共に、広範囲2Dレーザ測位センサをサブセンシング部の計測として実装し、広範囲の異方性の相互作用の機能の実現に繋げる。群逃避における基本的な逃避モードの相互作用の制御則の設計と実装の課題は、計画通りの成果を得た。実機設計においては、小型RGBDディバイスと処理ボードの進歩及び低価格化により、当初の2Dレーザのみのセンシングシステムの設計より、現システムが高度化となり、異方性のセンシング基本特性の実現ができた。当初の計画では次年度以降に研究する予定の複数のグループを有する群システムの群逃避の実現に関して、基本制御則の一つ要素を考案し、シミュレーションにより基本群効果の確認ができている。実機システムとシミュレーションシステムの併用により、群逃避のダイナミックモードの伝搬特性を検討し、確率モデルにより、モード伝搬特性の統計型推定則の確立を目指す。最新の点群処理ライブラリと安定な特徴量の抽出アルゴリズムを中心とし、自律ロボットシステムのセンシングの高速化と頑丈性向上により、検証実験の群効果の検証精度を向上し、回転と急停止の2種類以上の群効果の実装を通して、本年度で考案している異方性を有する群システムの群逃避メカニズムと、グループ特性を有する群逃避制御則の実機による特性検証を進める。次年度使用が生じた理由は、次年度のロボットシステムの小型化の設計に伴い、センサと制御部の回路再設計を行う予定があり、再設計の変更に関連する製作は、再設計を行った後に行うべきと判断したためである。次年度使用額は、次年度のロボットシステムの制御システムの小型化への製作の一部として使用する予定である。
肝切除術後肝不全に対する術直後低分子領域蛋白除去療法に関する検討

肝の切除術後肝不全は、肝切除に伴う肝予備能の低下を契機とし、手術侵襲による残存肝自体の障害、ならびにそれを原因とした他臓器障害を併発し、かかる臓器での障害が肝に対する負荷となり、さらに肝機能を悪化させるという悪循環に陥る病態である。そこで肝切除術後早期に、肝不全の原因物質や憎悪没し津の除去、ならびに種々のmediatorを介した多臓器障害の発現防止の必要があるものと考え、肝切除術肝不全high riskグループに対して、原則として術翌日24時間に亘りEVAL-2A膜を使用した低分子領域蛋白除去療法を行いった。その結果、肝切除後肝不全high riskグループに値する術翌日24時間の低分子領域蛋白除去療法により、ビリルビン、エンドトキシン、ならびに肝類洞内皮差障害の指標となるヒアルロン酸、および肝臓における蛋白合成能の指標であるLCATは著明な改善を示した。また、二日目以降もこの改善傾向は維持されたことは、低分子領域蛋白除去療法が一過性の血液浄化機転以外に、肝不全の原因物質や憎悪物質の除去、肝と他臓器との種々のmediatorを介した相互臓器障害の防止などにより生体防御機構が増強された結果であることが判明した。しかし、現在知られているmediatorの代表であるIL-1ra,IL-6,IL-8などのサイトカインを検討したところ、肝切除後の肝静脈内濃度は、末梢値と比較して低値で、手術侵襲が大きいにも関わらずその変動は、比較的軽度であった。すなわち、肝切除に伴って肝臓から産生されるサイトカイン濃度は低く、肝切除術翌日24時間の低分子領域蛋白除去療法の有効性は、IL-6を打愛表とし肝臓にて産生されるサイトカインの除去によるものではないことが推測され、今後の検討が必要と思われた。術後早期に、肝不全の原因物質や増悪物質の除去、ならびに種々のmediatorを介した多臓器障害の発現防止の必要があるものと考え、後述する術後肝不全high riskグループに対して、原則として術翌日24時間に亘りEVAL-2A膜を使用した低分子領域蛋白除去療法(CHF-LP)を行った。【対象】我々はかねてより、肝切除後肝不全を併発した症例の第1病日における血清alkaline phosphase値が著明に低下することに着目解析し、ALPR(第1病日早朝のALP値/術直前ALP値)≦0.4を肝切除後肝不全high riskグループとして、本CHF-LPの適応症例とした。これらは大血管や膵頭十二指腸の合併切除を伴ったものなど10症例(CHF群)で、その術後肝機能やエンドトキシンの推移を、同時期に当科で肝切除を行い順調に経過した7例(対照群)、およびCHF-LP導入以前に当科で経験した肝切除術後肝不全9例(肝不全群)のそれと比較検討した。【結果】CHF群のビリルビン値は、CHF-LPにより翌日にはほぼ半減し、その後も低値を示した。一方肝不全群では、第1病日のビリルビン値がCHF群のCHF-LP施工前に比べ低値であるに関わらず、その後漸増し著明な高ビリルビン血症を呈していた。肝臓における蛋白合成能の指標であるLCATは、CHF-LPにより著明に増加し、過大侵襲の手術が行われたに関わらず、術後1週間目のLCAT値は、対照群とほぼ同等の値を示した。肝類洞内皮細胞障害の指標となるヒアルロン酸は、対照群において術後1週間増加傾向を示したのに比べ、CHF群ではCHF-LPにより増加の抑制ならびに継続的低下を示した。CHF群のエンドトキシン値も、CHF-LPにより著明な減少を示し、その後も低値を示した。

【まとめ】肝切除後肝不全high riskグループに対する術翌日24時間のCHF-LPにより、ビルリビン、エンドトキシン、ヒアルロン酸、およびLCATは著明な改善を示し、その後もひきつづき改善傾向が維持されたことは、一過性の血液浄化機転以外に、肝不全の原因物質や増悪物質の除去、肝と他臓器との種々のmediatorを介した相互臓器障害の防止などにより生体防御機構が増強されるものと思われた。肝切除後肝不全high riskグループに対する術翌日24時間の低分子領域蛋白除去療法により、ビリルビン、エンドトキシン、ヒアルロン酸、およびLCATは著名な改善を示した。また、二日目以降も改善傾向が維持されたことは、この治療法が一過性の血液浄化機転以外に、肝不全の原因物質や憎悪物質の除去、肝と他臓器との種々のmediatorを介した相互臓器障害の防止などにより生体防御機構が増強されるものと思われると平成8年度の報告書で報告した。今回、その原因物質として、肝切除における肝臓でのサイトカイン産生能の検討を行った。【対象】平成9年に肝切除を施行した症例の内、肝静脈内カニュレーションを施行した17例を対象とした。男性11例、女性6例。平均年齢64.5±1.9歳。【方法】肝切除前に、肝静脈内にスワンガンツカテーテルを留置。麻酔導入後、肝切除前、肝切除後、術直後、術後第1、2、3病日の肝静脈内IL-1ra、IL-6、IL-8濃度を測定し、末梢血のそれと比較検討した。【結果】IL-6の上昇は、比較的低値で推移したが、各測定時点において、肝静脈と比べ末梢血で高値を示しながら推移し、術直後で有為差を認めた(p<0.05)。肝静脈内IL-1ra、IL-8もIL-6と同様の推移を示したが、末梢血濃度との間に有意差を認めなかった。【まとめ】肝切除症例における肝静脈内IL-6濃度の変動は、末梢血と比較して低値で、手術侵襲が大きいにも関わらずその変動は、比較的軽度であった。すなわち、肝切除術翌日24時間の低分子領域蛋白除去療法の有効性は、IL-6を代表として肝臓にて産生されるサイトカインの除去によるものではないことが推測された。
レチノイン酸不活性化酵素CYP26ファミリーによる形態形成の制御

ビタミンA誘導体であるレチノイン酸(以下RA)はわれわれ生体において非常に多様な生理作用をもつが、胚発生においても極めて重要な働きをもつ。細胞内のRA濃度は、RA合成酵素であるRALDHなどによる合成反応と代謝酵素であるCYP26と呼ばれるP450による分解反応のバランスで決められる。我々は、RAの代謝酵素を通して、(1)生体におけるRAの役割、とくに胚発生・器官形成における役割、(2)RA濃度や分布が生体内でいかに制御されているか、などを明らかにしたいと考えている。本研究では、(Cyp26cl(以下cl)の欠損マウスおよびCyp26al(以下al)、とclの二重欠損マウスを作製しこれを解析することで、頭部形態形成におけるclの機能を明らかにした。RAによる催奇形性作用による頭部低形成の原因は、様々なモデル動物を用いた薬理学的かつ実験発生学的な移植・破壊実験や細胞追跡実験によって、前後軸情報異常に伴うホメオティック・トランスフォーメーションによる神経堤細胞の異所的移動や、その結果生じた終脳領域の神経堤細胞減少によってもたらされる吻側神経菱の機能異常などで説明がなされていた。私が行った遺伝子破壊マウスという遺伝学的な操作による生理学的条件下での解析結果では、RAによる頭部低形成は前後軸情報の撹乱に加え、神経堤細胞の上皮-間充織転換による脱上皮化抑制が主要な原因である事が示された。この仕事は、古典的な実験発生学的手法で主張されていた中枢神経系へのRAの持つ作用が決して薬理学的な非生理的現象ではなく、生理的にも中枢神経系でRAが過剰になる事を回避する機構がきちんと備わっている事を証明し、発生生物学的にも大変に意義のある研究結果である。また、神経堤細胞における上皮-間充織転換による脱上皮化をRAが抑制するという新しい知見は、今後のさらに詳細な細胞生物学的・分子生物学的解析結果が悪性腫瘍の転移の抑制などにも応用が期待され、大変重要なものと言える。本研究において、まずCYP26B1ヌル欠損マウスを解析し、個体内でのB1の役割について明らかにした。B1ヌル欠損マウスの表現型の解析から、新生仔ではRAの催奇形性に感受性の高い四肢や顔面骨の形成異常を認めている。これは、B1の発現領域に一致する。特に、興味深い表現型として四肢の短肢症に注目した。生体内のRAシグナルを可視化できるRARE-lacZマウスにおいて、10日胚の肢芽を観察した結果、B1欠損マウスではRAシグナルが正常よりも遠位側に及んでいた。肢芽においては、RA合成酵素のRaldh2は近位の体幹部で発現し、一方B1は肢芽の遠位側で発現している。したがって、RAは肢芽の近位側で高く遠位側で低いという、遠近軸に沿った濃度勾配を形成していると考えられる。B1欠損マウスでは、この濃度勾配が遠位に偏った結果、遠近軸に沿ったパターニングが異常になり、前肢・後肢ともに形成不全となったと考えられる。事実、近位側に発現するmeis2遺伝子の発現は上昇し、遠位側に発現するHoxd12・13遺伝子は抑制されていた。次にCYP26C1(※CYP26B2は国際規約によりC1に改名された)の解析について記す。C1遺伝子は1体節期において、頭部の間充織で強く発現しており、一方、Raldh2は体幹部で発現していた。体幹部で合成され、前方へ拡散するRAを代謝することにより、C1は頭部形態形成に関与していることが予想される。8体節期では、後脳領域の分節構造(ロンボメア)の前方に強い発現が認められ、C1は後脳の前後軸に沿ったパターニングに関与していることが予想される。既に、C1ヌル欠損マウスの作成に成功しており、今後、上記の点に着目し解析していく。続いてCYP26ファミリーの酵素活性の解析について記す。P19細胞のRAによる分化・誘導活性を利用し、P19にA1、B1およびC1を強制発現させた細胞のRAに対する応答性を細胞の形態変化を指漂としてアッセイした。その結果、B1およびC1を強制発現させたP19は、RAによる分化誘導後も顕著に未分化状態を維持し続けた。したがって、B1とC1はA1と同様にRAを不活性化型へ代謝している可能性が示された。本研究において、レチノイン酸(RA)分解酵素であるCYP26C1(※CYP26B2は国際規約によりC1に改名された)ヌル欠損マウスおよびC1,A1ダブルヌル欠損マウスを解析し、個体内でのC1の役割について明らかにした。マウスC1遺伝子の発現領域を詳細に解析した結果、C1は7.5日胚から頭部の間充織で発現しており、この発現領域はCYP26A1と一致していた。また、この時期、RA合成酵素であるRaldh2は体幹部で発現していた。したがって、体幹部で合成され、前方へ拡散するRAを代謝することにより、C1は頭部形態形成に関与していることが予想される。これらの可能性を検証するためにC1ヌル欠損マウスの作成を行った。表現型の解析から、発生初期胚および新生仔に顕著な異常は認められなかった。これは、A1の機能的な重複によるものだと考えられる。事実、C1ヌル胚ではA1の発現が上昇していた。以上のことからC1とA1のダブルヌル欠損マウスを解析する必要があると考え、作成を行った。

表現型の解析から、9.5日胚ではRAの催奇形性に感受性の高い頭部領域に形成異常を認めていた。生体内のRAシグナルを可視化できるRARE-lacZマウスにおいて、7.5日胚および8.5日胚を観察した結果、C1,A1ダブルヌル欠損マウスではRAシグナルが正常よりも前方(頭部側)に及んでいた。上述したように、Raldh2は後方(体幹部)で発現し、C1,A1は前方(頭部側)で発現している。したがって、RAは後方で高く前方で低いという、前後軸に沿った濃度勾配を形成していると考えられる。C1,A1ダブルヌル欠損マウスでは、この濃度勾配が前方に偏った結果、前後軸に沿ったパターニングが異常になり、頭部が形成不全となったと考えられる。事実、後方に発現するHoxbl遺伝子の発現は前方へ拡大し、前方に発現するOtx2遺伝子は抑制されていた。以上の解析から、体幹部で合成され、前方へ拡散するRAを代謝することにより、C1およびA1は頭部形態形成に関与していることが示唆された。ビタミンA誘導体であるレチノイン酸(以下RA)はわれわれ生体において非常に多様な生理作用をもつが、胚発生においても極めて重要な働きをもつ。細胞内のRA濃度は、RA合成酵素であるRALDHなどによる合成反応と代謝酵素であるCYP26と呼ばれるP450による分解反応のバランスで決められる。我々は、RAの代謝酵素を通して、(1)生体におけるRAの役割、とくに胚発生・器官形成における役割、(2)RA濃度や分布が生体内でいかに制御されているか、などを明らかにしたいと考えている。本研究では、(Cyp26cl(以下cl)の欠損マウスおよびCyp26al(以下al)、とclの二重欠損マウスを作製しこれを解析することで、頭部形態形成におけるclの機能を明らかにした。RAによる催奇形性作用による頭部低形成の原因は、様々なモデル動物を用いた薬理学的かつ実験発生学的な移植・破壊実験や細胞追跡実験によって、前後軸情報異常に伴うホメオティック・トランスフォーメーションによる神経堤細胞の異所的移動や、その結果生じた終脳領域の神経堤細胞減少によってもたらされる吻側神経菱の機能異常などで説明がなされていた。私が行った遺伝子破壊マウスという遺伝学的な操作による生理学的条件下での解析結果では、RAによる頭部低形成は前後軸情報の撹乱に加え、神経堤細胞の上皮-間充織転換による脱上皮化抑制が主要な原因である事が示された。この仕事は、古典的な実験発生学的手法で主張されていた中枢神経系へのRAの持つ作用が決して薬理学的な非生理的現象ではなく、生理的にも中枢神経系でRAが過剰になる事を回避する機構がきちんと備わっている事を証明し、発生生物学的にも大変に意義のある研究結果である。また、神経堤細胞における上皮-間充織転換による脱上皮化をRAが抑制するという新しい知見は、今後のさらに詳細な細胞生物学的・分子生物学的解析結果が悪性腫瘍の転移の抑制などにも応用が期待され、大変重要なものと言える。
糖尿病における食物繊維とオリゴ糖添加食品の効果:ホルモン動態と酵素レベルの検討

1.健常者と糖尿病患者各8名にグルコース75g負荷(GTT),GTT+メイオリゴ(フラクトオリゴ糖(FO糖)55%,グルコース,果糖,蔗糖含有)15gの同時投与,メイオリゴ15g投与+30分後にGTT,FO糖6.6g投与+30分後にGTTの4種類の試験を同一人に行い、血糖値、血中インスリン動態を検討した。健常者のGTTでは30分をピークとした血糖曲線とインスリン値を示し、メイオリゴとGTTの同時投与でも類似の結果を得た。一方メイオリゴを前投与した場合、血糖上昇は有意に低く、同時にインスリン分泌も低値を示した。糖尿病の場合にも類似の結果を得た。以上よりメイオリゴの投与によりcepharic phaseと思われるインスリン分泌が認められ、その後の糖代謝に影響を与えることが示唆された。2.糖尿病治療における食物繊維とFO糖摂取の意義について発表してきたが、今年度我々はグアガムとFO糖の比較的少量の同時摂取の影響について検討した。コントロール不十分な糖尿病患者10例にグアガム3g,FO糖1.2gを毎日1回ないし2回,2週から4週間投与し、前後で空腹時血糖値,血清脂質,各種アポ蛋白を測定した。空腹時血糖値は平均38mg/dl、血清総コレステロール値は平均19mg/dlの有意の低下を認めた。アポ蛋白AIの増加とアポ蛋白Bの減少が認められ、LDLとHDLの変動を推測させた。以上より少量のグアガムとFO糖の摂取は両者の相加的以上の効果が期待でき、糖尿病代謝の改善に有効性が示唆された。3.ストレプトゾトシン糖尿病ラットの小腸および肝臓組織ミクロゾーム画分をつくりコレステロール合成における律速酵素HMG-CoA還元酵素活性を測定した。特に血糖300mg/dl以上の高血糖状態では肝の本酵素活性の上昇が認められ、糖尿病状態特に高血糖がコレステロール生合成に影響を与えることが認められ、糖尿病の糖質・脂質代謝異常の関連から注目され、そのメカニズムについて検討をつづけている。
ニッケル触媒を用いる環境調和型新規ビアリールカップリング法の開発

ニッケル触媒を用いたアリールシラン及びアリールホウ酸によるヘテロ芳香族化合物の炭素-水素結合切断を伴った酸化的直接アリール化を達成した。これにより、ハロゲンフリーのビアリール構築を実現した。また、関連するアルキニル化やアルキル化、そしてアリル化も検討し、ヘテロ芳香族化合物の新たな触媒的変換反応を見出した。さらには銅塩単独での、二つの基質の炭素-水素結合切断を伴う脱水素型ビアリールカップリングも見出すことができた。研究一年目の計画に基づき、ニッケル触媒を用いる新規ビアリールカップリング法の開発を行った。その結果、従来の触媒系では困難であったアリールシラン及びアリールホウ酸をアリール源とするヘテロアレーン類の酸化的直接アリール化反応を見出した。さらに、芳香環の炭素-水素結合直接ホウ素化と組み合わせることで形式的なワンポット脱水素型ビアリールカップリングにも成功した。ここで偶然見出したニッケル/分子状酸素の特異的な触媒活性を活用することで、ヘテロアレーンと末端アセチレンの脱水素カップリングも達成することができた。一方で、ニッケルと同じ第一周期の遷移元素に属する銅塩の活性にも注目し検討を行ったところ、クロロアミンを求電子的アミノ化試薬とするヘテロアレーンの新規直接アミノ化を見出した。この手法は従来法と比べ遥かに温和な条件下で直接アミノ化が進行するという大きな特徴を持つ。この知見を基に銅塩の更なる触媒活性を調査したところ、ヘテロアレーンとスルホキシイミン類との脱水素アミノ化や、リン酸アリルによるポリフルオロアレーンの立体特異的直接アリル化、及びフェニルピリジンとアゾール類の脱水素ビアリールカップリングなどの新たな直接的分子変換法をいくつか創出することができた。上述した触媒作用の多くは第一周期の遷移金属に特有の反応であり、従来の貴金属触媒の単なる代替品という枠を超えて、これらの金属の新たな機能を引き出したという点で極めて興味深い。研究二年目の計画に基づき、引き続きニッケルを触媒、銅塩を酸化剤とする酸化的ビアリールカップリングを検討した。その中で偶然にも、銅塩単独でも、両基質の炭素ー水素結合切断を伴うビアリールカップリングが進行することを見出した。この反応の一般性を確立するために更なる検討を行ったところ、窒素上に適切な配向基を有するインドドール及びピロールとアゾールのクロスカップリングが進行することを見出した。また、この反応では分子状酸素を再酸化剤とすることで、銅塩を触媒化することにも成功した。さらに、二座型配向基を導入することで、広範な安息香酸誘導体とアゾールの脱水素型クロスカップリングにも成功し、対応するヘテロビアリール類を網羅的に合成することができた。加えて、上記の概念をオルトアルキニルフェノールもしくはアニリンを出発物質とする芳香環化を伴う脱水素型クロスカップリングへと応用することで、ベンゾフラン/アゾールならびにインドール/アゾール母核を含むπ共役ビアリールの迅速合成法も見出すことができた。こうした反応形式は従来触媒として高価なパラジウムやロジウム、酸化剤として化学量論量の銅塩や銀塩を必須としていた事実を考えると、貴金属触媒を必要とせず、銅塩単独で進行する本反応系の開発は経済的面、学術面双方の観点から極めて興味深いといえる。一方で、求電子的アミノ化試薬を用いる新規触媒的炭素ー窒素結合形成反応の開発にも注力し、芳香環化を伴うアミノ化、アリールホウ酸、シランならびにケテンシリルアセタールのアミノ化など、いくつかの斬新かつ有用なアミノ化反応を見出すことができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。
化学修飾ペプチドファージライブラリを駆使した標的指向型ペプチド創薬基盤の確立

抗体代替分子の創薬プラットフォームとして中分子ペプチドが注目を集めている。本研究では化学修飾により低分子などを複合化したペプチドファージライブラリを駆使することにより、低分子のタンパク質活性中心指向性とペプチドのタンパク質表面認識特性を合わせもつ薬剤-ペプチド複合体の獲得を目的とする。がん細胞などに関連した種々のタンパク質を標的として、それらの機能を特異的に制御する複合ペプチドを種々獲得し、低分子を化学修飾したペプチドファージライブラリを利用した標的指向型ペプチド創薬の基盤技術を確立する。
同調型ロボットハンドのための電気的触覚リンクの形成

本研究課題では,ユーザの動作に同調して操作が可能なロボットハンドの操作性を高めるため,非拘束な動作計測と多自由度な触覚フィードバックの実現を目指し,電気的な手指の動作・力計測,神経束の電気刺激による受容器部位への触覚生成技術の確立による,同調型ロボットハンドのための電気触覚リンクの形成に取り組んだ.本年度は,これまでに開発した触覚イメージング手法,力触覚提示手法を駆使することで,遠隔操作のための触覚インタフェースの開発を行った.まず,触覚イメージング手法において,計測性能の評価として接触位置および圧力の計測精度について調べ,従来の関連技術よりも優れた位置・圧力推定性能が達成されたことを示した.次に,触覚提示手法として,電気触覚提示に加え,示指と母指に力を与える把持型の力覚提示装置と,空気圧により接触面積を調整可能なエンドエフェクタを開発し,マルチモーダルな触覚刺激が可能な力触覚提示装置を実装した.さらに,触覚刺激を高品質化するために,装置と皮膚の接触部に接触面積の計測を導入することで力と接触面積のフィードバック制御を実現した.最後に,これらを統合し,遠隔操作における触覚フィードバックシステムを構築した.開発したシステムでは,ユーザの動作により操作可能な遠隔ロボットと対象物の干渉に基づき,柔軟物体の触感提示が可能であることを確認した.さらに,ロボットフィンガー形の触覚センサを実装し,電気触覚提示技術と統合することで,加えた圧力分布に応じた触覚刺激を提示可能であることを確認した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では,ユーザの動作に同調して操作が可能なロボットハンドの操作性を高めるため,非拘束な動作計測と多自由度な触覚フィードバックの実現を目指し,電気的な手指の動作・力計測,神経束の電気刺激による受容器部位への生成技術の確立による,同調型ロボットハンドのための電気的触覚リンクの形成に取り組んでいる.初年度は,(1)神経束の電気刺激により生成される受容器部位の触覚を空間的に制御する手法の開発,(2)機械的制約のない手指の動作・力計測の実現を試みた.(1)に関しては,8×8の64チャンネルの刺激・電位分布計測が可能なアレイ型の柔軟な電極シートおよび電気刺激・計測システムの作製を進めた.電極シートは指基節部の神経束を刺激するよう装着し,指先に多自由度な触覚を生成するために利用する.電気刺激・計測システムでは各電極の刺激パルスを独立制御するとともに,電極部の電位を計測することで刺激パラメータのフィードバック制御が可能である.(2)に関しては,手首形状の変形を電気的に計測し手指の関節角度を推定するシステムを構築し,従来の筋電による推定方法よりも高い精度かつ安定して計測が可能であることを示した.一方,デプスカメラを用いた手指の動作計測を導入するとともに,指の血流変化から接触力を推定する手法についても検討し,統合的な手指の動作計測の実現を試みた.さらに,指先の接触力計測システムの評価プラットフォームの構築を行った.また,ロボットハンドシステムの構築を想定し,多チャンネルモータの制御システムの試作を行った.申請時の研究実施計画では,平成28年度から平成30年度の3年間で五つの項目を設定し,初年度はそのうちの二つの項目について取り組んだ.さらに,接触力計測システムの評価プラットフォームの構築や,次年度に実施を計画している三つ目の項目に関係する試作を進めることができた.したがって,電気刺激・計測システムの評価についてはやや遅れがあるものの,全体としてはおおむね順調に進展していると考えられる.本研究課題では,ユーザの動作に同調して操作が可能なロボットハンドの操作性を高めるため,非高速な動作計測と多自由度な触覚フィードバックの実現を目指し,電気的な手指の動作・力計測,神経束の電気刺激による受容器部位への触覚生成技術の確立による,同調型ロボットハンドのための電気触覚リンクの形成に取り組んでいる.本年度は,(1)圧力の時空間分布計測方法の開発とその評価,(2)ロボットハンドの製作に取り組んだ.(1)に関しては,接触圧力に応じて電気接触抵抗が変化する検出機構と計測電位から圧力分布を推定する,電気機械境界インピーダンストモグラフィという手法を考案した.この手法は従来の触覚イメージング手法よりも推定精度が高く,かつセンサ部の製造が容易であるという特長を有しており,ロボットの体表に貼り付けることで人工的な皮膚の機能を付与できることを確認した.また,電気接触抵抗の計測による手法のみならず,指の血流変化から接触力を推定する手法,指の動作と色変化から接触対象物の弾性率を推定する手法の開発に成功し,人と人,人とロボット,人と環境の相互作用を簡便に定量化する触覚センシングについて一定の成果が得られた.(2)に関しては,既存のロボットに触覚センサを貼り付けることで圧力分布を可視化できるようになったことから,ロボットハンドは比較的安価な市販品を利用するように方針を変更した.指の動きは6自由度と単純であるものの,手指の動きに同調した動作を実現できるよう課題を抽出し,計測と制御部の設計を進めた.申請時の実施計画では,平成28年度から平成30年度の間で五つの項目を設定し,29年度はそのうちの二つの項目について取り組んだ.

そのうちの圧力の時空間分布の計測については想定以上の成果が得られ特許出願に至ったこと,またくつかの異なる方法を試すことで周辺技術に関する成果が得られたことから順調に進展していると考えられる.また,もう一方のロボットハンドに関する取り組みについても計画通りの進展が得られた.本研究課題では,ユーザの動作に同調して操作が可能なロボットハンドの操作性を高めるため,非拘束な動作計測と多自由度な触覚フィードバックの実現を目指し,電気的な手指の動作・力計測,神経束の電気刺激による受容器部位への触覚生成技術の確立による,同調型ロボットハンドのための電気触覚リンクの形成に取り組んだ.本年度は,これまでに開発した触覚イメージング手法,力触覚提示手法を駆使することで,遠隔操作のための触覚インタフェースの開発を行った.まず,触覚イメージング手法において,計測性能の評価として接触位置および圧力の計測精度について調べ,従来の関連技術よりも優れた位置・圧力推定性能が達成されたことを示した.次に,触覚提示手法として,電気触覚提示に加え,示指と母指に力を与える把持型の力覚提示装置と,空気圧により接触面積を調整可能なエンドエフェクタを開発し,マルチモーダルな触覚刺激が可能な力触覚提示装置を実装した.さらに,触覚刺激を高品質化するために,装置と皮膚の接触部に接触面積の計測を導入することで力と接触面積のフィードバック制御を実現した.最後に,これらを統合し,遠隔操作における触覚フィードバックシステムを構築した.開発したシステムでは,ユーザの動作により操作可能な遠隔ロボットと対象物の干渉に基づき,柔軟物体の触感提示が可能であることを確認した.さらに,ロボットフィンガー形の触覚センサを実装し,電気触覚提示技術と統合することで,加えた圧力分布に応じた触覚刺激を提示可能であることを確認した.今後は,電気接触抵抗に基づく応力時空間分布計測方法の確立とロボットハンドへの応用,手指の精巧な動きを反映したロボットハンドの製作,システムの統合による同調ロボットハンド操作における触覚フィードバックシステムの構築に取り組むとともに,要素技術の評価を進める予定である.今後はロボットハンドの動作制御と感覚フィードバックシステムの開発に取り組む.ユーザが手指を動作させる空間には物体が存在しないのに対し,ロボットハンド側では対象物との接触によって動きが制約される.したがって,両者の空間には非整合性が生じると考えられるため,その補償を行う必要がある.その方法として,ユーザにはHead Mount Display (HMD)を用いてロボットハンドの映像を提示し,ロボットハンドには対象物への侵入を防ぐ制御を加える.ロボット側の映像をユーザ視点で提示するため,頭部の姿勢に応じて視線が変化するステレオカメラシステムを導入する.また,ロボットハンドで計測された指先の応力分布は電気刺激による触覚提示装置によってユーザにフィードバックされる.その空間分布は電流密度の制御により表現し,力の大きさは電気刺激のパルス周波数により表現する.これらの感覚フィードバックモデルの効果を確認するため,幾つかの物体操作タスクに対するユーザの知覚実験,行動評価を行う.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
女子の理科学習の促進に関する研究

女子が理科の中でも特に苦手としている物理の授業に関して,女子の興味,自己概念,学習到達度の向上を目指したドイツの大規模な実践的研究を調査し,女子の経験を授業に導入することと,人体と物理概念との関連性を強調することがその物理教授の特徴であることを見出した。また,他国においても女子の物理学習促進のためには,女子の興味や思考の特性に基づき,「現実性」「女子に身近な事象」「養育的視点」「生物学的視点」を物理教授に取り入れることが度々推奨されていることが明らかとなった。このことに加え,文脈に基づく教授方法(コンテクストベースドアプローチ)やキャリア教育の導入が,女子の理科学習への動機づけや学習到達度の向上に有効であるという先行研究も合わせ,日本の中学校理科の授業で実践する方法を検討した。そして,「看護的文脈による人体アプローチ」という人体との関連性を強調する物理の教授方略を考案し,理科第1分野の物理学関連領域である「仕事の原理」の授業において試行し,教授方略を評価した。女子に身近である看護師という職業を題材として,看護師が患者の体を移動させる際に,自身の体への負担を小さくし,楽に作業できるようにするためのコツを授業における体験的活動として導入した。この授業の結果,女子だけでなく男子も積極的に授業に参加し,特に女子の理科に対する有用性の認識が高まった。また,女子は普段の理科授業における理解度に自信が持てておらず,授業の内容を理解できるかどうかという点を重要視していることと,友人との協同的な問題解決活動を好むことも明らかとなり,人体アプローチは女子の物理学習促進に概ね効果的であったと結論づけられた。今後は,女子の理科学習促進を期待できるさらなる教授方略の開発とともに,教師教育や科学教育政策の視点からも女子の学習支援について研究を進めていく予定である。女子の理科学習促進のための方策を考案するにあたって,参考となりうる理系進学者の多い女子中学校における理科教育を調査した結果,女子中学校の生徒たちは,全国的な女子よりも理科に対する大切さや有用性の認識を高く持っていることが明らかになった。また,女子中学校の生徒たちは,女子の一般的傾向である理科の第1分野を顕著に嫌うという性質を持たず,分野による好き嫌いの偏りが見られない。女子中学校の生徒の理科に対するこうした意識が,理系進学へとつながる可能性が高い。このことから,中学校理科の第1分野への女子の興味・関心を高める必要があり,その方法として,理科に対する大切さや有用性を実感させるような教授方法が有効であろう。そして,諸外国における同様な観点による女子の理科学習促進のための具体的方策を検討する研究の中から,日本でも効果を発揮するであろうと推測される方策の具体的方法を提示することに着手している。まず,科学的論述にとらわれない想像的あるいは創造的で自由なライティング活動が,女子の理科学習への積極性を高めるとして提案した。女子は一般的に男子よりも「書くこと」を得意としているため,この活動を授業に導入することで,女子が自信と興味をもって授業に取り組めることが期待できるだけでなく,客観的・実証的な論述以外の多様な言語活動を理科授業に持ち込むことによって,女子が科学を身近に感じ,アプローチしやすくなるというフェミニズム科学論的視点からも推奨されている。この自由なライティング活動以外にも,女子が好む生物学や,医療・看護等の視点を物理学関連領域の学習内容に取り入れる「人体と物理概念の関連性を強調する教授方法」も有効であることを指摘した。今後は,これらの方策を中学校理科授業において実践し,その有効性を検証する段階へと移行していく予定である。
CD226を標的とした全身性エリテマトーデスに対する新規治療法の開発

全身性エリテマトーデス(SLE)の病態には過剰な自己への免疫応答が関与しており、多くの細胞の相互作用に関わる共刺激分子を標的とした治療戦略は有用と考えられる。CD226は近年SLEの新規疾患感受性遺伝子として報告された共刺激分子であり、CD226を標的とする治療はSLEの病態に関与する細胞を多面的に制御できる可能性がある。本研究は、SLEの病態形成におけるCD226の機能を明らかにし、CD226を標的とする治療法を確立することを目的として行う。
グリア細胞抗アポトーシスシグナルの分子メカニズムに関する研究

グリア細胞に焦点を絞り、細胞死制御の分子メカニズムについて検討し、以下の知見を得た。1.ミトコンドリアpermeability transition pore(PTP)ミトコンドリアPTPはCa^<2+>に反応し開口するが、同様な反応は活性酸素種(ROS)によっても認められた。また、ROSによるPTP開口はcGMP、ATPに対してCa^<2+>の場合と同様の反応を示した。さらに、Ca^<2+>によりROS産生が認められた。これらの結果は、Ca^<2+>の作用がROSを介していることを示唆する。Ca^<2+>やROSによるミトコンドリアPTP開口がアポトーシスのトリガーとなるシトクロームc遊離を伴うことを明らかにし、これらが抗アポトーシスの標的になることを示した。2.Na^+/Ca^<2+>交換系(NCX)選択的阻害薬SEA0400の作用SEA0400がin vivoにおいて心筋の障害、脳浮腫に対して保護作用を示すことを明らかにした。また、SEA0400の作用解析から、NCXの生理病態的意義を明らかにした。3.一酸化窒素(NO)による細胞障害とその保護培養神経細胞、アストロサイト、ミクログリアのNOによる細胞障害について検討し、いずれの細胞においてもミトコンドリア障害の関与が考えられるが、障害発現メカニズムについては細胞間で異なっていることが示された。また、これらの細胞障害の系において、SEA0400、脳機能改善薬T-817、ラジカル消去薬エダラボン等が保護作用を示すこと、そしてこれらのメカニズム検討から小胞体ストレス、ミトコンドリア障害、ROS産生の関与を明らかにした。グリア細胞は、神経細胞の支持細胞として、また神経細胞との相互作用を通して従来考えられていた以上により積極的に脳機能発現に関与していると考えられる。また、種々の脳障害の病因と病態にグリア細胞の機能変化が関わっている可能性が示されている。我々はグリア細胞の機能制御の面から神経細胞死の保護を検討する目的で、培養グリア細胞のアポトーシスモデル系に対する神経科学的研究をし(1)栄養因子を介する抗アポトーシス作用、(2)ミトコンドリアpermeability transition pore(PTP)に対するcyclicGMP依存性proteinkinase(PKG)の抑制作用を発見した。本年度の計画は、PTP構成成分の活性に対するcyclic GMP/PKGの作用を解析し、PKGのターゲット分子候補の同定を進めることで、以下のような結果を得た。(1)脳ミトコンドリアのPTP活性が非常に低いことが示され、詳細な検討を進めることがかなり困難であることが判明した。(2)肝臓から高い収率でミトコンドリアを調製する方法を確立した。(3)肝臓ミトコンドリアはCa^<2+>により著明な膨化を示した。肝臓ミトコンドリアのCa^<2+>依存性膨化はシクロスポリンにより抑制された。(4)肝臓ミトコンドリアのCa^<2+>依存性膨化は、脳の場合と異なり、cyclic GMPや、細胞抽出物+cyclic GMPにより影響を受けなかった。このことは細胞抽出物のプロテインキナーゼ活性に問題がある可能性が残されているが、脳と肝臓のミトコンドリアPTPの違いを示唆している。我々はグリア細胞の機能制御の面から神経細胞死の保護を検討する目的で、培養グリア細胞のアポトーシスモデル系に対する神経科学的研究を行い

(1)栄養因子を介する抗アポトーシス作用、(2)ミトコンドリアpemeabilitytransition pore (PTP)に対するcyclicGMP依存性proteinkinase (PKG)の抑制作用を発見した。本年度の計画は、肝臓ミトコンドリアと脳ミトコンドリアのPTPに対するcyclic GMP/PKGの作用を解析し、また、その作用が抗アポトーシス作用と関連しているか検討し、以下のような結果を得た。(1)ラット肝臓ミトコンドリアのPTPが、脳の場合と同様に、シクロスポリンにより、また細胞抽出物存在下でcyclic GMPにより抑制された。(2)細胞抽出物存在下でのcyclic GMPの作用は、PKG阻害薬により抑制された。(3)Ca^<2+>の添加により肝臓コンドリアのPTP開口(膨化)が起こるが、同時にcytochrome cの遊離が認められた。(4)Ca^<2+>の添加によるcytochromecの遊離は細胞抽出物存在下でcyclic GMPにより抑制された。(5)ATPが肝臓ミトコンドリアPTPに対して抑制作用を示す事を認めたので、放射性ATPを用いる基質の同定が困難であることが示された。グリア細胞は、神経細胞の支持細胞としてだけでなく、神経細胞との相互作用を通して従来考えられていた以上に、より積極的に脳機能発現に関与している。また、種々の脳障害の病因と病態にグリア細胞の機能変化が関わっている可能性が示されている。本研究ではグリア細胞の機能制御の面から神経細胞死の保護を検討する目的で細胞死制御の分子メカニズムを追究し、以下のような結果を得た。1.ミトコンドリアPTPの調節機構の組織特異性脳と肝ミトコンドリアPTPについて検討したが、Ca^<2+>に対する反応性には量的は差がみとめられるものの、質的な差が見られなかった。2.ミトコンドリアPTPのROS(reactive oxygen species)感受性ROSによるPTP開口はcGMPシグナル、およびATPに対してCa^<2+>の場合と同様の反応を示した。Ca^<2+>によりROS産生が認められ、Ca2+の作用がROSを介していることが示唆された。3.ミトコンドリアPTP開口とアポトーシスCa^<2+>あるいはROSによるミトコンドリアPTPの開口によりアポトーシスのトリガーとなるシトクロームc遊離が起こることを見出した。また、この作用は抗アポトーシス剤により抑制されたことから、PTP開口がアポトーシスに関連していることが示された。4.抗アポトーシス作用を有するNa^+/Ca^<2+>交換系阻害薬SEA0400の作用解析SEA0400がin vivoにおいて心筋の障害、脳浮腫に対して保護作用を示すことを明らかにした。グリア細胞は、神経細胞の支持細胞としてだけでなく、神経細胞との相互作用を通して従来考えられていた以上に、より積極的に脳機能の調節に関与している。また、種々の脳障害の病因と病態にグリア細胞の機能変化が関わっていることが示されている。
吸入麻酔薬の脳保護作用-ミクログリア機能、特にATP受容体への作用からの検討

中枢神経系のマクロファージであるミクログリアは虚血、炎症、外傷などの病理学的状態において貧食やサイトカイン放出などの免疫修飾作用を持つ。傷害細胞や神経終末から放出されるATPにより活性化される受容体(P2X, P2Y受容体)は様々な病態で重要なシグナリングの役割を果たしていると考えられている。平成15年度、16年度の研究で、ミクログリアで主要なイオンチャネル型ATP受容体のP2X7受容体の活動に対して、吸入麻酔薬は影響なく、静脈麻酔薬(ケタミン、チオペンタール、プロポフォール)は増強作用を持つことがわかった。代謝型ATP受容体のP2Y受容体はミクログリアの走化性、分裂などに関係している。P2Y受容体はATPの刺激により細胞内Ca^<2+>ストアからCa^<2+>を放出させるため、P2Y受容体の活動はFura-2蛍光色素法を用いてCa^<2+>応答測定から評価した。吸入麻酔薬(セボフルラン、イソフルラン)、ケタミン、チオペンタールは影響しなかったが、プロポフォールで増強を認めた。以上から、静脈麻酔薬とくにプロポフォールはP2X7受容体、P2Y受容体増強の両方でミクログリアの免疫修飾作用を増強することが示唆された。またミクログリアでは比較的低濃度のATPで活性化される電流が観察された。P2X7受容体の特異的なブロッカーであるoxidized-ATP投与でブロックされず、ATPの繰り返し投与によって脱感作を受けること、そしてTNP-ATPでブロックされたことから、P2X4受容体を介する電流と考えられた。ミクログリアのP2X4受容体は慢性疼痛の発生機序に関係していることが示されており、電気生理学的性質や薬理学的性質の解明、安定した記録を得る方法について、今後検討が必要と考えられた。本年度は最初にミクログリアの培養、パッチクランプ法を用いたP2X受容体電流の記録に取り込んだ。その後、P2X受容体に対する全身麻酔薬の影響を調べ、以下の結果を得た。1)ラットミクログリアの培養および観察当大学院第一生理学教室で継代培養しているラットミクログリアを使用した。培養にも参加し、その方法を習得した。培養ミクログリアの形態学的観察では、活性化型のameboid型(またrounded型)と、休止型のramified型とを認めた。2)ラットミクログリアP2X受容体電流の記録ホールセルパッチクランプ法を用いてアデノシン3リン酸(ATP)により誘起する電流を記録した。ATPはU-チューブシステムを用いて投与した。主にameboid型のミクログリアで行い、2つのタイプのATP誘起電流を認めた。1つは低濃度のATP(100μM付近)で活性化し、脱感作される電流で、P2X7以外のP2X受容体と考えられている。もう1つは高濃度ATP(1mM付近)で活性化され、脱感作しない電流で、Bz-ATPでより強く活性化され、oxidized-ATPでブロックされたことからも、P2X7受容体と考えられた。これらの結果は過去の報告にほぼ一致した。まずP2X7受容体に対する全身麻酔薬の作用を検討した。ハロタン、イソフルラン、セボフルランなどの吸入麻酔薬は3MACに相当する濃度でも影響はなかった。ケタミンでは臨床濃度より10倍以上高い濃度で、プロポフォール、チオペンタールでは臨床濃度より若干高い濃度で、増強を認めた。エタノールでも増強を認めた。ミクログリアのP2X7受容体はサイトカインの分泌、アポトシス、cytotoxicityなどに関係があるとされており、静脈麻酔薬はこれらの機能に影響を及ばす可能性が示唆された。現在、もう1つのP2X受容体、そして代謝型のP2Y受容体への影響も検討中である。

ミクログリアのP2X4受容体は慢性疼痛の発生機序に関係していることが示されており、電気生理学的性質や薬理学的性質の解明、安定した記録を得る方法について、今後検討が必要と考えられた。
松果体細胞における生理活性受容体・細胞内情報伝達物質の局在及びその光応答性

我々は、各種受容体やそれら受容体の下流に存在する細胞内情報伝達関連分子に関して、松果体内での局在を検討した。神経伝達物質受容体の中ではグルタミン酸受容体の一種であるカイニン酸受容体が松果体に豊富に存在することが明らかとなった。カイニン酸受容体の明暗による発現変化は観察されなかった。神経成長因子受容体の中ではbasic fibroblast growthfactor(bFGF)の受容体の一種であるFGFR1/flgの局在がmRNAレベルでも蛋白レベルでも確認された。一般に成長因子受容体の細胞内情報伝達系路のなかで多くの成長因子受容体の下流に位置する重要な情報伝達分子として、MAPキナーゼがある。MAPキナーゼには幾つかのサブタイプがあり、そのなかにExtracellular signal regulated kinase(ERK)がある。ERKにはERK1(p44),ERK2(p42),ERK3などのサブタイプが知られている。我々はこれらERKファミリーの分子の松果体での局在を検討した。その結果、松果体にはERK1が極めて豊富に発現していることが明らかとなり松果体においても成長因子からMAPキナーゼに至る情報伝達経路が存在することが示唆された。MAPキナーゼは成長因子受容体の下流に存在するのみならずサイトカイン受容体の下流にも存在するため、松果体におけるMAPキナーゼの機能を理解するためにはサイトカイン受容体の松果体に存在するかどうかを明らかにすることが次の課題であると考えられる。
心血管疾患基盤病態としての肥満症における転写共役因子MRTF-Aの意義の解明

近年、心血管病の重要な発症基盤の一つとして、肥満、脂肪蓄積を中心としたメタボリックシンドロームの存在が明らかとなっている。しかし、肥満、脂肪蓄積に至る詳細な分子機序は不明な点が多い。研究代表者は、Rho依存性にSRFを活性化する転写共役因子であるMRTF-Aのノックアウトマウスの解析の結果から、MRTF-Aが脂肪細胞増殖、脂肪蓄積、さらには糖代謝制御に重要な役割を果たすことを見出した。本研究では、肥満症・メタボリックシンドローム発症分子基盤としての、脂肪細胞分化、脂肪蓄積におけるMRTF-Aの役割とその分子機序の解明、臨床的意義の検討を行った。本研究は、Rhoシグナル下流でSRFを活性化する転写共役因子MRTF-Aの、肥満症・メタボリックシンドローム発症分子基盤である脂肪細胞分化、脂肪蓄積における意義を明らかにし、その心血管病発症基盤形成における役割を同定することを目的とする。本年度はMRTF-AKOマウスを用いて、高脂肪食負荷および肥満モデルマウスであるdb/dbマウスとの交配を行い、その脂肪蓄積、耐糖能異常に関する解析を詳細に行った。高脂肪食負荷MRTF-Aノックアウトマウスでは野生型に比し、体重増加量の低下、内臓脂肪重量の低下、CTによる腹腔内脂肪量の低下が確認された。また摂餌量には変化はない一方で、代謝ゲージでの解析で酸素消費量の増加を認め、エネルギー消費の増加が脂肪蓄積減少の一因と考えられた。脂肪組織の検討では、脂肪細胞サイズや線維化に著明な変化はないが、炎症細胞浸潤は減少傾向を認めた。血中脂質プロファイルには明らかな差は認められなかったが、糖代謝はMRTF-Aノックアウトマウスでは改善していた。またMRTF-Aノックアウトマウスとdb/dbマウスとの交配においても、db/dbマウスと比較して体重増加が少なく、脂肪蓄積が少ないことを確認した。加えてNIH3T3-L1細胞、脂肪由来幹細胞などを用いた解析によりMRTF-Aの発現は脂肪前駆細胞に多く、脂肪分化とともに低下していくことを確認した。以上の結果からMRTF-Aの肥満、糖代謝異常における意義が示唆され、現在、ノックアウトマウスの脂肪組織における遺伝子発現変化のRNAseqによる解析を行っており、来年度以降において、その更なる分子機構を解明すると共に、MRTF-A阻害差薬の新規抗肥満治療標的としての意義の検討を行う予定である。本年度はMRTF-AKOマウスを用いて、高脂肪食負荷を行い、その脂肪蓄積、耐糖能異常に関する解析を予定通り詳細に行い、高脂肪食負荷MRTF-Aノックアウトマウスにおける、体重増加量の低下、内臓脂肪重量の低下、CTによる腹腔内脂肪量の低下を確認し、エネルギー消費の増加が脂肪蓄積減少の一因である可能性を見出した。また脂肪組織の検討を行うと共に、培養細胞を用いての脂肪細胞分化モデルでのMRTF-A発現レベルを解析し、他の脂肪細胞分化マーカー遺伝子との発現変化の比較も行った。加えて、高脂肪食負荷MRTF-Aノックアウトマウスで糖代謝が改善していることも確認した。またMRTF-Aノックアウトマウスとdb/dbマウスとの交配を行いその表現型解析に関しても同様に詳細に行い、db/dbマウスと比較してMRTF-Aノックアウト; db/dbマウスでは体重増加が少なく、脂肪蓄積が少ないことなどを確認した。加えて培養細胞を用いた検討も行い、その更なる分子機構解明を進めている。さらに、脂肪細胞特異的MRTF-A過剰発現マウスと脂肪細胞特異的MRTF-Aノックアウトマウスの作製、およびMRTF-A阻害薬投与のプレリミナリーな検討も進めており、おおむね当初の予定通りの進捗状況であると考えている。本年度は昨年度に引き続き、MRTF-A KOマウスを用いて、高脂肪食負荷および肥満モデルマウスであるdb/dbマウスとの交配を行い、その脂肪蓄積、耐糖能異常に関する解析を詳細に行った。脂肪組織の検討では、脂肪細胞サイズや繊維化に著明な変化はないが、炎症細胞浸潤は減少傾向を認めた。以上の結果からMRTF-Aの肥満、糖代謝異常における意義が示唆され、ノックアウトマウスの脂肪組織における遺伝子発現変化のRNAseqによる解析を行い、そこで変化していた複数の分子に関してその意義を検討した。また白色脂肪細胞からベージュ脂肪細胞への分化が亢進している可能性を考え、そのマーカー分子の発現を解析すると共に、UCP1ノックアウトマウスとの交配を開始した。