hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本周辺の海面水温場が局所的な豪雨・豪雪の予測可能性に与える影響の定量的評価

SST、現業の予報に使用しているMGDSST、及び高解像度のFORA、ECCO2等の水温データを整備し、こうした水温分布を境界条件として気象庁領域気候モデルNHRCM、米国で開発された領域大気モデルWRFを用いた実験に基づき、平成28年6月九州北部、平成28年8月岩手、平成25年7月島根、平成25年8月秋田・岩手、平成23年7月新潟・福島、平成18年7月九州南部での豪雨及び平成26年関東・甲信での豪雪事例について水温分布の影響を調べた結果、周辺海域の海面水温が高い場合に雨量の増加や南側へシフトまたは散在化することが確認できた事例が存在する一方で、豪雨の再現が難しいために水温場高解像度化の影響の明瞭なシグナルが現段階では得られない事例もあることが分かってきた。そして、豪雪は現段階で豪雨よりもSST高解像度化の影響が見られやすいことも示唆された。予報実験に必要な海面水温および大気データの整備を行うとともに、予報再現実験の準備を行った。試験的な予報実験とその実験結果の解析に着手し、課題全体としては7事例についてそれぞれ、3種の海面水温データ、2種の領域大気モデルによる実験を既に実施することができ、おおむね順調に計画を進めることができたと言える。対流不安定に伴う豪雨事例や梅雨前線に伴う豪雨事例、そして豪雪事例に対する数値実験から、海面水温に応じて系統的に大気が応答する結果が得られる事例の存在が確認できた。これは中緯度海水温が極端気象に与える影響の手がかりであり、当課題で解明を目指している高解像度海面水温データの影響を定量的・包括的に理解するための研究の方向性および手法が妥当であることを支持するもので、順調に進捗していると考えられる。また、海面水温データには解像度による水温分布の違いだけでなく、観測データから水温分布を推定する際の手法によって生じる差異も比較的大きく、無視できないことが明らかになるなど、海面水温データによる予報精度への影響に関して新たな知見が得られつつある。我が国の豪雨の発生や季節性に周辺海域の海面水温分布が重要な影響を与えることが研究代表者らの最近の研究から示されている。そこで、精緻化の進む領域大気モデルによる地域的な豪雨・豪雪事例の予報精度に対し、大気モデルの下方境界条件として与える日本周辺海域の海面水温データの時空間分解能が及ぼす影響を、近年の多くの顕著な豪雨・豪雪事例に対する予報再現実験から定量的・包括的に評価することを本研究課題は目指している。平成29年7月九州北部豪雨事例において、6月下旬の梅雨前線帯の北上に伴う東シナ海の水温の急激な上昇が重要であることを示す実験結果を得た。梅雨前線の北上が日射の強化を伴い、水温が上昇し、海面からの蒸発が強化して、九州に流入する対流圏下層の気塊が多湿に維持され、対流不安定性を強化していた。梅雨末期の集中豪雨は梅雨前線帯の南側で発生することが多く、梅雨前線帯の北上に伴う東シナ海上の日射の強化がその一因であるとの示唆が得られた。なお、東シナ海の海面水温の季節進行と表層塩分成層の変動との関連に着目して、海洋客観解析データに基づく解析にも着手した。一方、平成25年8月の秋田・岩手豪雨事例においては、領域大気モデルの水平解像度を1kmに向上させるとレーダー雨量と同程度の雨量強度が再現されるようになることが確認できた。また、初期値や領域の設定にも強い感度が見られたが、海面水温に対する感度は水平解像度3kmの実験と定性的には同じで、領域大気モデルの実験設定も依然として重要であることが分かった。さらに、領域大気モデル実験に与える高解像度の海面水温データに対する時間及び空間平滑化が夏季降水量に及ぼす影響を調査した。積算降水は空間平滑化のみに影響されるのに対し、豪雨事例に対しては時間・空間どちらの平滑化にも影響が見られ、夏季豪雨の予測に対して時間・空間両方の高解像度化が重要であることが見出された。平成28年度に整備した海面水温データと気象庁のメソ解析値等を境界値とした感度実験を実施し、当初予定していた夏季の豪雨に対する海面水温の時間・空間解像度の影響の調査を順調に進めることができた。
異方的準粒子ギャップを持つ近藤格子系の研究

近藤格子系YbB12,Ce3Bi4Pt3,CeNiSn,CeRhSbの純良単結晶の育成に初めて成功し、低温物性の測定から準粒子ギャップの形成について以下の新しい知見を得た。1.ギャップの異方性:立方晶のYbB12とCe3Bi4Pt3ではBCS的ギャップがトンネル分光によって直接観測された。YbB12のYbを非磁性のLuで置換するとギャップの幅はあまり変化せず、内側に状態密度が盛り上がって来る。一方、斜方晶のCeNiSnとCeRhSbのギャップは一部で閉じており、有限の状態密度がフエルミ準位に残っている。この残留キャリアは僅か1%の置換型不純物によって、ユニタリティー極限の不純物散乱を受ける。CeRhSbでは結晶場効果よりもc-f混成効果の方が勝っている為に、CeNiSnの示す一軸的磁気異方性とギャップの異方性は弱い。2. CeNiSnの基底状態:極低密度キャリアの半金属的状態が実現している。擬ギャップの底に新しい構造が0.5K以下で出現する。a軸方向に磁場を印加すると0.8T付近で縦磁気抵抗が鋭いピークを示し、比熱の温度比が17%も減少するのは、ある種の磁気ポーラロン状態の形成を示唆する。3.強磁場の効果:CeNiSnではa軸方向に14Tの磁場を印加すると状態密度が回復するが、CeRhSbではa軸とb軸方向の磁場効果はほぼ等しく、30T付近で擬ギャップは閉じる。YbB12の磁化は50T付近で1次転移的なメタ磁性を示し、これに伴って電気抵抗は急減し金属化する。縦磁気抵抗が示す複数のピークから、ギャップの内部構造が見出された。4.圧力の効果:Ce系としては初めての圧力誘起磁気転移がCeNiSnにおいて発見された。1.Yb近藤半導体YbB_<12>の単結晶育成世界初のクセノン四楕円鏡型赤外線加熱炉を伊賀が中心に立ち上げ、YbB_<12>の結晶育成に成功した。電気抵抗,帯磁率,熱伝導度の結果から多結晶よりも純良であることが判明した。既設の高周波炉とブリッジマン炉を用いて高畠と加藤がCeNiSn,CeRhSb,Ce3Bi_4Pt_3の単結晶を育成した。Ce3Bi_4Pt_3単結晶を用いた光電子分光の予備実験が行われた。3.物性測定と解析低温高圧下での伝導と比熱:梅尾は10kbarの圧力によってCeNiSnの凝ギャップが消滅し重い電子状態が出現することを明らかにした。トンネル分光:浴野はCeNiSn,CeRhSb,Ce3Bi_4Pt_3,YbB_<12>すべての化合物ギャップ形成を観察するのに成功し、ギャップの大きさが近藤温度でスケール出来ることを明示した。極低温磁場中比熱:鈴木は温度0.15K、磁場5Tまでの比熱をCeNiSnについて測定し、状態密度の凝ギャップの底に鋭い構造を見出した。1.近藤半導体の単結晶育成と精製YbB_<12>の単結晶育成法を確立し、室温と1.3Kでの電気抵抗の比が150,000に達する良質な結晶ができた。CeNiSn単結晶は本年度導入した固相電解精製装置を用いて精製した。CeRhSbとCe_3Bi_4Pt_3はブリッジマン法によって大型の単結晶育成に成功した。

2.極端条件下での物性測定と解析(1)YbB_<12>は立方晶であるにも拘わらず50T付近で起こるメタ磁性転移磁場が結晶方位によって異なる。<111>方向で最も磁化のジャンプが大きく、この方向に於いて、14meVの中性子非弾性散乱の強度もピークを持つ。(2)CeNiSnの基底状態の少数キャリアーは、0,5K以下で特異な磁場共鳴散乱を示す。CeあるいはNiサイトを僅か1%置換するとキャリアーは局在する。これらの結果は異方的ギャップモデルを支持する。圧力下ではギャップが縮小して重い電子状態が復活する。(3)CeNiSn,CeRhSb,Ce_3Bi_4Pt_3,YbB_<12>のトンネル分光で観測されたギャップの大きさは、絶対零度の帯磁率の値から求めた特性温度でスケールできる。その比が平均場近似のギャップ方程式から導かれる3.5という値に近い事は、ギャップ形成機構モデルを峻別できる。(4)YbB_<12>とCe_3Bi_4Pt_3の高分解能迷電子分光実験を行った。前者ではギャップ形成の観測に成功したが、後者ではギャップは直接には観測されなかった。準粒子ギャップを低温で形成する近藤格子系YbB_<12>,Ce_3Bi_4Pt_3,CeNiSn,CeRhSbの純良単結晶を育成し、その低温物性の測定から以下の新しい知見を得た。1.立方晶系と斜方晶系の違い:立方晶のYbB_<12>とCe_3Bi_4Pt_3ではギャップがトンネル分光と中性子非弾性散乱によっても観測された。トンネル分光の方が大きなギャップ値を与える。YbB_<12>のYbを非磁性のLuで置換するとギャップの幅はあまり変化せず、内側に状態密度が盛り上がって来る。これに対して、斜方晶のCeNiSnとCeRhSbでは有限の状態密度がもともと残っている。CeNiSnの何れかのサイトを僅か1%置換すると、たちまち残留キャリアは局在する。CeRhSbでは結晶場効果よりもc-f混成効果の方が勝っているために、CeNiSnの示すa軸方向の一軸的磁気異方性とギャップの異方性は失われている。2. CeNiSnの1K以下の特異な磁場依存性:擬ギャップの底に新しい構造が0.5K以下で出現する。a軸方向に磁場を印加すると0.8T付近で縦磁気抵抗は鋭いピークを示し、比熱の温度比は17%も減少する。3.強磁場および圧力の効果:CeNiSnではa軸方向に14Tの磁場を印加すると状態密度が回復する。ところがCeRhSbではa軸とb軸方向の磁場効果はほぼ等しく、約30T付近で擬ギャップは閉じる。一方、YbB_<12>の磁化は50T付近で1次転移的なメタ磁性を示し、これに伴って電気抵抗は急減し金属化する。その途中の磁場で縦磁気抵抗が〈100〉と〈111〉方向で複数のピークを示すのは、YbBl2のギャップにも内部構造があることを意味する。CeNiSnのb軸あるいはc軸の方向に圧力をかけると3Kに反強磁性転移が誘起される。
生体計測用超高感度電子スピン共鳴スペクトロスコピーの開発

生命科学研究に用いることを目的、マイクロ波周波数1.1GHzの電子スピン共鳴分光装置の開発を行った。動物実験における深刻な問題は感度の不足と、動物の動きによる擾乱である。本研究では、電子スピン共鳴スペクトロスコピーの高感度化を目指し、以下の研究を行った。(1)自動マッチング制御と自動チューニング制御の相互干渉を無くすための非干渉化法を開発した。この技術は、2入力2出力のフィードバック制御系において、伝達関数行列を対角化することにより非干渉化を実現する物である。実際の回路実装では、反転増幅器の利得を調整し、二つのフィードバックループ間の干渉を補償した。マウスを用いた実験により、相互干渉がない場合に、より安定に計測がおこなえ、実験動物の動き(呼吸や心拍)に起因する雑音が抑圧できる事を実証した。その結果、信号対雑音比を改善する事ができ、高感度化に寄与することが示された。(2)連続波電子スピン共鳴スペクトロスピーでは、磁界変調と位相検波を用いて高感度計測を行っている。磁界変調により、制御回路の電位が影響を受け、ベースラインが変動するといった問題がある。そのため、磁界変調の影響が少ない、光デバイスを用いたマイクロ波共振器の共振周波数チューニング法を開発した。光ファイバーを介して、離れた場所にあるLEDの光強度により、共振器に結合されたループに接続された光導電セルのインピーダンスを制御し、共振周波数を調整する手法である。この手法が、電子スピン共鳴スペクトロスコピーの安定性向上に役立つ実験的結果を得た。余分なエネルギーを消費してしまうため、感度向上には更なる検討が必要ではあるが、磁界変調に影響されないチューニング回路を実現した。初年度にあたる平成14年度は二つのサブプロジェクトを実施した。サブプロジェクト1:超低雑音マイクロ波発振器の開発共振周波数1.1GHzのマイクロ波空洞共振器について実験を行った。このサブプロジェクトの目標は、共振尖鋭度が可能な限り高く、挿入損ができるだけ少ない共振器を実現することである。入力及び出力の結合ループの寸法により共振尖鋭度及び挿入損が変化し、二つの条件はトレードオフの関係にある。実験では共振尖鋭度が約94,000、挿入損が-5.9dBの空洞共振器を実現した。共振尖鋭度の大きな共振器は低雑音発振器に必須であり、9万以上の共振尖鋭度は試作段階の共振器としては十分に高い値であると言える。今後、上記空洞共振器と組み合わせる増幅器を試作し、低雑音のマイクロ波発振器を開発中する予定である。サブプロジェクト2:システム帯域幅100Hz以上の自動マッチング制御回路の開発動物実験の擾乱は主に呼吸と心拍、その他腸などの生理的な動きに由来する。最も動きの速い外乱は心臓の動きであり、十分にインピーダンスマッチングを安定化するためには100Hz程度の周波数をカバーすることが必要であると考えられる。まず初めに、自動マッチング制御システムを線形制御理論に基づいて開ループ伝達関数および閉ループ伝達関数を定式化した。さらに、外乱を抑圧がフィードバックシステムによりどの程度抑圧されるのか定式化した。数値計算により試作した自動マッチング制御回路が十分に広帯域であることを確認した。さらに、ラットを用いて、呼吸及び心拍による外乱をどの程度抑圧できるか実験を行った。マイクロ波ディテクターの出力(電力)において理論的に予測された値どおりの-40dBの抑圧を得ることができた。
可積分量子多体系の非平衡ダイナミクスと相関関数：再帰性と量子エルゴ―ド定理の検証

冷却原子系の実験の最近の発展の中で一次元孤立量子系の振動的振る舞いが観察され、孤立量子系の非平衡ダイナミクスに関心が集まっている。δ関数型斥力相互作用の1次元ボース気体と量子XXX鎖の二つの可積分量子系において、孤立量子系の非平衡時間発展を、熱化や平衡化に関して、そして再帰性に関して詳細に調べた。1次元ボース気体では、ホール励起状態の重ね合わせからダークソリトンに良く似た孤立局在状態が導かれた。量子XXX鎖では形状因子公式を改良し、スピノン状態の和の状態で局所磁化の時間発展を求めた。量子XXX鎖の複素束縛(ストリング)解の新しい特徴を示し、量子XXZ鎖を拡張する不純物模型の厳密解を導いた。可積分模型である量子XXX鎖および量子XXZ鎖における量子状態をベーテ固有状態を用いて構築し、その時間相関(フィデリティ)を計算する。フィデリティー(fidelity)とは、初期時刻における量子状態|Φ(t=0)>と時間発展した後の量子状態|Φ(t)>がどの程度近いかを表す量であり、初期時刻における量子状態と時刻tにおける量子状態の重なりの絶対値の二乗である。量子状態の緩和時間あるいは平衡化時間のサイズ依存性を明らかにすることが目的である。その結果、孤立した可積分量子スピン系のダイナミクスの特徴付けがなされた。そして可積分量子スピン系において、さらにその典型的な量子状態に対して、緩和時間あるいは平衡化時間のサイズ依存性が明らかになった。フィデリティーに関しては、その緩和時間は主に構築する量子状態のエネルギー幅で決まり、システムサイズ依存性は見られなかった。量子XXX鎖の局所磁化の時間発展を形状因子公式を用いて厳密に追跡した。その結果、局所磁化の緩和時間はフィデリティーの緩和時間よりもはるかに長くなることが明らかになった。ここで用いた形状因子公式の導出も新しい結果である。近藤問題など不純物を含む系の量子ダイナミクスを研究する準備として、不純物を含む可積分量子XXZ鎖のベーテ方程式の解を数値的に求め、不純物磁化率と不純物比熱を求めた。この二つの物理量の比を計算すると、近藤問題など量子不純物の効果を特徴づけるウイルソン比が導かれる。ウイルソン比はユニバーサルな量であり、その値を求めることにより、不純物を持つ量子XXZ鎖の属するユニバーサリティークラスが明らかになった。その結果、対応する共形場理論のコンパクト化半径で与えられることが分かった。この研究成果に基づいて、今後は不純物をもつ可積分量子系においても、その時間相関やダイナミクスを厳密に調べる。(1)δ関数型相互作用ボース気体の孤立局在波解の特徴づけ:斥力のデルタ関数型相互作用をもつ1次元ボース気体において、ホール励起を重ね合わせると、密度プロファイルは空間的に一様でなく、密度の値が急激に減少する局在領域をもつ量子状態が導かれることが、本研究の前段階の共同研究の中で明らかにされた。その密度プロファイルはあたかもダークソリトン解の振幅のような形状であった。この発見を定式化し、一般化を試みた。1次元ボース気体の弱結合領域では、量子状態は古典的に振る舞い、その様子はGross-Pitaevskii方程式(非線形シュレーヂィンガー方程式)で記述されると予想される。形状因子公式を用いて上記の局在量子状態の密度プロファイルを求めたところ、1ソリトン解の振幅のプロファイルとほぼ完全に一致した。ただし、ソリトン解は周期的境界条件のため楕円関数解である。また、ホール解を重ね合わせて導かれるN粒子の量子状態とNー1粒子の量子状態の二つを考え、その間の場の演算子の行列要素を計算すると、振幅と位相が両方とも、1ソリトン解のものと非常に良く一致することが見出された。これらの結果は論文として投稿されている(arXiv:1204.3960)。(2)再帰時間の数値評価と解析的評価:可積分量子多体系の再帰時間の数値的評価を試みた。1次元δ関数型相互作用ボース粒子系において、そのベーテ仮設方程式の数値解を求め、励起エネルギー固有値を数値的に求め、そして、振動数を調べることにより再帰時間を評価した。この値を量子系の時間発展の結果と比較し、再帰時間の推測値の妥当性を判定する。実は古典力学系ではM. Kac(1943)により、速度の時間相関関数を用いて再帰時間が解析的に評価されている。また、古典力学におけるポアンカレの再帰定理の量子化に相当する、量子再帰定理とも比較した。(1)可積分量子系のXXX鎖の量子状態をベーテ固有状態を重ね合わせて構成し、時間発展した状態と初期状態の相関(フィデリティー)を求めた。

(2)量子XXX鎖の局所磁化の形状因子公式はKitanine et al. (1999)で導かれていたが、数値的に安定でなかった。Slavnovの行列式からCauchy行列式を分離し、漸近的にフレッドホルム行列式に収束する行列式の形にこの形状因子公式を改良した。スピノン状態の和で与えられる量子状態に対して、局所磁化の時間発展を求めた。(3)近藤問題など不純物を含む可積分量子系の解として、不純物サイトを持つ量子XXZ鎖の厳密解を導いた。XXZ鎖中の不純物は1次元ラッティンジャー流体中の不純物に対応し、普遍性クラスはラッティンジャー流体パラメターで表されると予想される。基底状態に対するベーテ仮設方程式を解き、ウィーナーホップ法を積分範囲が非対称な場合に拡張し、絶対零度での不純物磁化率の解析的表式を求めた。そして低温での不純物比熱を熱力学的ベーテ仮設方程式の数値解から求めた。普遍性クラスを表すウィルソン比の解析的表式が導かれ、共形場理論の予想と一致した。XXZ鎖のdressed chargeつまり共形場のコンパクト化半径で表される。さらに代数的ベーテ仮設を用いて局所磁化演算子の期待値を直接計算し、有限磁場下での不純物磁化の解析的表式を導いた。従来の近藤問題の厳密解では、ベーテ仮設方程式に基づく物理的な議論で不純物磁化を導出していたが、上で求めた従来の方法での結果と一致した。代数的ベーテ仮設で従来の方法が裏付けられた。(4)格子点数12の場合にXXX鎖のベーテ仮設方程式の解を全て求めた。局所磁化の形状因子の改良公式に代入すると、複素数値束縛解など任意の解を含む量子状態に関して、物理量演算子の状態期待値の時間発展が導かれるであろう。数理物理学以下の3項目の研究を予定していた。(1)量子エルゴード定理の検証:期待値の時間変動の数値評価:ベーテ固有状態を重ね合わせて様々な初期状態を導き、演算子の期待値の時間変動を評価する。量子エルゴード定理の理論的帰結が妥当かどうか、確認する。(2)局在波解をベーテ固有状態の重ね合わせで構築することの試み(量子XXZスピン鎖):量子XXZ鎖に対して、ベーテ固有状態を重ね合わせて量子状態を導き、磁化密度プロファイル(密度演算子の期待値)を数値的に求める。孤立局在波など、物理的に面白い状態を導く。(3)量子XXZ鎖の任意の状態ベクトルをベーテ固有状態の和で表すアルゴリズムの研究: Kitanine et al (1999)による量子逆散乱問題の本格的な発展版である。彼らの研究により、任意の局所演算子が代数的べーテ仮設法の生成消滅演算子で表された。しかし、任意の量子状態をベーテ仮設固有ベクトルの線形結合で表すには、さらにいくつかの工夫が必要である。下向きスピンが2個のとき、任意の量子状態をベーテ固有状態の和で表す公式の導出を試みる。そしてこれを手掛かりにして一般化する。以上の課題の中で、(1)量子エルゴード定理の検証に関しては、量子XXX鎖の量子状態に対するフィデリティーの数値評価と、局所磁化の時間発展を求めたことにより、かなりの部分を達成できたと言えるであろう。(2)局在波解の構築に関しては、実はスピノン状態を全部足し合わせた量子状態で局在波解を実現できることを最近発見した。このため、実質的にこの課題は達成できた。
キネシンモーターリン酸化の生理的意義の解明-癌、繊毛病への関与-

我々は、低分子2重基質ホスファターゼの機能解析を行い、二つの分子(DUSP26およびDUSP13B)の細胞内基質とその生理的機能を明らかにすることに成功した。DUSP26が、KIF3A(KIFモーター複合体のサブユニット)に結合し、KIF3Aを介してKAP3を脱リン酸化することを明らかにした。さらに、DUSP26の脱リン酸化活性は、N-Cadherinおよびβカテニンの細胞-細胞の境界への集積や、細胞と細胞の接着性の維持に働いていることを明らかにした。一方で脳腫瘍のグリオブラストーマにおいてDUSP26の遺伝子発現を調べたところ、DUSP遺伝子プロモーターに著しいメチル化とともに、発現の減少が認められ、グリオブラストーマの持つ高い浸潤性の原因の一つに、DUSP26遺伝子メチル化/発現減少があることが考えられた。DUSP13Bを、新たなMAPKホスファターゼとして同定した。DUSP13Bは、MAPKの特にJNKとp38を特異的に脱リン酸化する活性を持つことから、ストレス経路に働く新たな制御因子と考えられた。キネシンモーターの一つKIF3モーターは、KIF3AとKIF3Bがヘテロダイマーを形成して「2本足」で微小管上を+端に向かって動く微小管依存性モーターである。カーゴはKAP3を介してKIF3モーターの上に積まれ、微小管に沿って運ばれる。この機能により、KIF3モーターが微小管に沿った物質輸送だけでなく、有糸分裂の際の紡錘糸や染色体の動きの制御にも重要な働きを持つことが示唆されている。一方でノックアウトマウス等の解析から、これらの機能不全が、癌や繊毛病と総称される症状の原因となる可能性が示された。しかし、リン酸化による制御はほとんど明らかになっていない。我々は、2重基質ホスファターゼのひとつ、DUSP26の機能解明を目的として、イースト2ハイブリダイゼーションにより、DUSP26が直接KIF3Aに結合することを見いだした。さらに、KIF3Aを介してKAP3を脱リン酸化することを明らかにした。KAP3の脱リン酸化の意義を明らかにするため、KIF3モーターのカーゴと考えられているN-Cadherinおよびβカテニンの細胞内局在を調べたところ、DUSP26によりN-Cadherinおよびβカテニンが細胞-細胞の境界に集積することが明らかとなった。一方ホスファターゼ活性をもたないDUSP26においては、それらの集積が弱まっていた。従って、DUSP26を脱リン酸化し、それと共にN-Cadherinの輸送を正に制御することが示された。以上の発見と癌との関係を検討する迄めに、脳腫瘍のグリオブラストーマにおけるDUSP26の遺伝子発現を調べたところ、著しい発現の減少が認められた。脳腫瘍の悪性化との関連が示唆された。さらに、2重基質ボスファターゼの他のメンバーである、MKP13BおよびMKP7の、MAPKカスケードにおける、新しい制御機構を明らかにした。KIF3モーターは、キネシンモーターの1つであり微小管上を+端に向かって動く微小管依存性モーターである。その構造は、微小管上の上を走る「2本足」(KIF3AとKIF3Bのヘテロダイマー)と、運搬物を載せるKAP3からなる三量体である。重要な機能をもつ運搬物を微小管に沿って輸送することにより、有糸分裂の際の紡錘糸や染色体の動きの制御に重要な働きを持つことが考えられている。一方でノックアウトマウス等の解析から、これらの機能不全が、癌や繊毛病と総称される症状の原因となる事が示唆された。我々は、これまでに、新規の2重基質ホスファターゼ遺伝子の単離とそれらの機能解析を行ってきた。その1つのDUSP26が、脳腫瘍のグリオブラストーマにおいて著しい発現の減少が認められたことから、脳腫瘍の悪性化との関連が示唆された。そこで、基質を同定することを目的として、酵母two-hybrid法を行った。その結果、DUSP26が直接KIF3Aに結合することを見いだした。一方、さらに、KIF3Aを介してKAP3を脱リン酸化することを明らかにした。

腫瘍化におけるKAP3のリン酸化-脱リン酸化の意義を明らかにするため、KIF3モーターのカーゴと考えられているN-Cadherinおよびβカテニンの細胞内局在を調べたところ、DUSP26によりN-Cadherinおよびβカテニンが細胞-細胞の境界に集積することが明らかとなった。一方ホスファターゼ活性をもたないDUSP26においては、それらの集積が弱まっていた。従って、DUSP26によるKIF3モーターの制御が、発がんの抑制に重要であることが示唆された。本計画は、その詳細を明らかにすることを目的とする。KIF3複合体は、細胞質内の物質輸送を行うモーターである。KIF3AとKIF3Bは、ヘテロ二量体を形成し、KAP3を介してカーゴを積み、微小管に沿って運ぶ。KIF3モーターは物質輸送のみならず、有糸分裂の際の紡錘糸や染色体の動きの制御にも重要な働きを持つことが示唆されている。さらに、最近ではKIF3複合体がN-cadherin/β-catenin複合体を形質膜に輸送することで細胞増殖を制御し、腫瘍形成の抑制に働くことが示唆されていた。我々は、2重基質ホスファターゼのひとつ、DUSP26が直接KIF3Aに結合し、KIF3Aを介してKAP3を脱リン酸化することを明らかにした。KAP3の脱リン酸化の意義を明らかにするため、KIF3モーターのカーゴであるN-Cadherinおよびβカテニンの細胞内局在を調べたところ、DUSP26の活性が、N-Cadherinおよびβカテニンが細胞-細胞の境界に集積すること、細胞と細胞の接着性を高めることに働いていることが示された。さらに脳腫瘍のグリオブラストーマにおいてDUSP26の遺伝子発現を調べたところ、著しい発現の減少が認められ、プロモーターに著しいメチル化が認められた。以上、グリオブラストーマの持つ高い浸潤性の原因の一つに、DUSP26遺伝子メチル化/発現減少があることが考えられた。平成23年度の研究が遅れた1つの理由は東日本大震災による影響である。申請者の所属する宮城県立がんセンター研究所は宮城県名取市にある。名取市は震度6強の揺れの後、津波による甚大な被害があった。幸い、津波は当研究所の東方約3キロ地点で止まったため研究施設に対する津波被害はなかった。しかし、研究グループの主要メンバーは、震災後直ちに、医師として溺死遺体検視や避難所での救護活動に専念し研究がストップした。また、地震による申請者の研究部への直接被害は以下の通りである。(1)研究試料の滅失:停電または破損によりdeep freezerに保管中のRNAおよびタンパクの損失。(2)マウスの死亡:マウス飼育装置の倒壊は免れたが、停電と低温、給水と給餌ができなかったことから、遺伝子改変マウスが死亡した。24年度が最終年度であるため、記入しない。KAP3のリン酸化を標的とする治療開発に向けた研究将来KAP3を対象とする治療開発を進めるためには、ホスファターゼ側からの解析では不十分である。KAPをリン酸化するキナーゼを同定し、その阻害剤を用いた治療開発を進める。KAP3関連タンパクを標的とする治療開発に向けた研究KAP3は、複合体を形成して機能を発揮する。したがって、KAP3と結合しているタンパクの異常が癌化の原因となることが考えられるが、これまでその点に関する解析は行われてこなかった。
炎症反応におけるロイコトリエンB4受容体(BLT2)の役割

当研究室では、世界に先駆けてロイコトリエンB4(LTB4)に対する高親和性受容体(BLT1)と低親和性受容体(BLT2)を同定した。BLTI欠損マウスでは様々な免疫反応の減弱を報告している。一方、BLT2欠損マウスはデキストラン硫酸誘導性大腸炎モデルにおいて炎症反応の亢進が観察さるものの詳細な解析は進んでいない。そこで、大腸炎発症におけるBLT2の役割を明らかにする目的で、以下の解析を行った。1、BLT2発現細胞の解析BLT2は7回膜貫通型受容体であり、親水性の領域が短い断片に分断されているために反応性の良い抗体を作製するのは困難である。そこで、大腸組織を用いてin situ hybridizationを行ったところ、主に大腸上皮でBLT2 mRNAの発現が観察された。また、表面抗原を指標に様々な免疫細胞分画して定量PCRを行ったところ、BLT2は免疫細胞においてほとんど発現していないことが明らかになった。現在、タンパク質レベルで発現確認ができる様、モノクローナル抗体やペプチドに対するポリクローナル抗体の作製を進めている。2、BLT2の細胞レベルでの解析大腸炎の発症には、腸内細菌によるTLR4(LPS受容体)を介した炎症性サイトカインの産生亢進が深く関与している。そこで、RAW264.7細胞を用いてLPS刺激による炎症性サイトカイン産生誘導をBLT2シグナルが抑制出来ないか検討したが、抑制活性は認められなかった。そこで、BLT2シグナルが腸上皮のバリア機能を亢進させて腸内細菌の侵入を防いでいる可能性を考え、MDCK細胞にBLT2を過剰発現させ、コンフルエント状態での蛍光色素の透過性や電気抵抗を調べたところ、タイトジャンクション形成の亢進を示唆するデータが得られた。現在その詳細なメカニズムについて検討中である。
頭頸部癌の増殖・転移活性に関する免疫組織学的ならびに生化学的研究

3年計画のうち本年度は(1)増殖・転移性に関係する染色体および遺伝子の異常、(2)再発癌における悪性度のプログレッションについて集中的に検討した。その結果、以下のような結果を得た。1)染色体1p36短腕欠失を認めるものは著しく悪性度がつよく、予後不良であった。2)再発癌は初治療時と比較して(2)全例でSLIが上昇し、その上昇率の平均値は15.9であった。(4)癌巣周囲膜IV型コラゲン発現性が弱くなったものが多かった。3)よって再発癌では悪性度のプログレッションが起こっていることが証明された。4)これらの成果に前2年間の成績を加えて研究成果報告書を作成した。39例のT24咽頭癌についてdiploid群とaneuploid群に分けて検討した結果、統計学的有意差を認めなかった。2.癌胞巣周囲膜4型コラゲン発現性と頚部リンパ節転移上記咽頭癌について検討し、連続性発現群で10%,断続性発現群で56%,非発現群で100%と頚部リンパ節転移頻度に有意差を認めた。3.増殖活性因子(EGF-R)発現性と頚部リンパ節転移頭頚部癌106例について検討し、非発現群(43%)と発現群(57%)の間に有意差を認めた。4.増殖活性(SLI)と頚部リンパ節転移BrdU取込み法によりSLIを調べて検討し、SLI30以下の群と40以上の群の間に有意差を認めた。5.細胞間接着因子発現性と頚部リンパ節転移デスモグレイン発現性, E-カドヘリン発現性,MMP-2発現性との関係について目下検索をつづけている。(1)細胞接着因子についての検討1)E-カドヘリン抗体を用いて免疫組織学に染色し、膜性に発現するものを陽性として転移との関係を検討した結果、陽性群で有意に転移頻度が低かった。2)α-カテニン抗体を用いて同様に検討した結果、E-カドヘリンと同様の結果が得られた。3)カテプシンDについて同称に検討した結果、前二逆に陽性群(細胞質性染色)で転移頻度が高かった。4)デスモグレインについて同様に検討した結果、陽性群で転移頻度が低かった。(2)癌巣周囲膜因子についての検討1)4型コラゲン抗体を用いて免疫組織学的に染色し、連続性に発現する群と断続性発現群とを比較すると、断続性発現および非発現群で有意に転移頻度が高かった。2)MMP-2の組織内濃度を生化学的に検討した結果、濃度の高い群で有意に転移頻度が高かった。3年計画のうち、本年度は(1)増殖・転移性に関係する染色体および遺伝子の異常、(2)再発癌における悪性度のプログレッションについて集中的に検討した。その結果以下のような結果を得た。1.染色体IP36短腕欠失を認めるものは著しく悪性度がつよく、予後不良であった。2.再発癌は初治療時と比較して、組織分化度および核DNA ploidy patternについてはごく少数をのぞいて変化を認めなかった。3.再発癌は初治療時と比較して全例SLIが上昇し、その上昇率の平均値は15.9であった。4.再発癌は初治療時と比較してEGF-R発現性がつよくなったものが多かった。5.再発癌は初治療時と比較して癌巣周囲膜IV型コラゲン発現性が弱くなったものが多かった。6.以上の結果を総合すると、再発癌は初治療時と比較すると増殖活性についても易転移性についても増進しており、悪性度のプログレッションを生じることが証明された。これらに前2年間の成績を加えて研究成果報告書を作成した。
HCaRG/COMMD5は腎尿細管上皮バリアー機構を増強し急性腎障害を改善する

Hypertension-related, calcium-regulated gene(HCaRG/COMMD5)は腎臓の尿細管に発現しており、障害を受け脱分化した尿細管上皮細胞の間葉上皮移行を促し、尿細管の修復を促進し、腎障害後の生存率を改善させることを見出していた。また、正常尿細管上皮細胞から分泌されたHCaRGタンパクが癌細胞のEGFRを含むErbB受容体ファミリーの発現を抑制し、増殖を抑制している可能性が示唆されていた。今回、内因性HCaRGが、細胞骨格の構成因子であるアクチンとRab5に結合し、EGFRの細胞内輸送及びリサイクリングをコントロールしていることを報告した。次に、培養尿細管上皮細胞にシスプラチン暴露を行い、HCaRGの細胞保護メカニズムを検討した。HCaRGは、シスプラチン暴露下の尿細管上皮細胞において、速やかにp21の発現を増強させた。続いて、E-cadherinの発現はp21に遅れて発現のピークを迎えた。本実験において、p21の転写因子の一つであるFoxOタンパクのリン酸化が抑制され、Total FoxOのタンパク量は増加していた。HCaRGを抑制したところ、核内FoxOのリン酸化により、FoxOの分解が亢進し、p21の低下によりE-cadherinの発現が低下した。このHCaRGをノックダウンした尿細管上皮細胞のタイトジャンクション機能を電気抵抗指数を用いて測定してところ、HCaRGの抑制により低下していた。これらの知見から、HCaRGは、E-cadherinの発現を増加し、アドヘレンスジャンクションやタイトジャンクションによる細胞間接着構造を増強し、尿細管上皮バリアー機構を強化することにより、薬剤暴露による腎障害を予防する可能性が示唆された。細胞実験に引き続き行った近位尿細管特異的HCaRG高発現遺伝子改変マウスを使った動物実験では、シスプラチン投与後の腎機能障害だけでなく、尿細管組織障害や細胞死も野生型マウスに比べHCaRG高発現マウスで有意に軽減されていた。細胞実験で確認したE-cadherinの発現は、特にHCaRG高発現マウスの遠位尿細管で保たれていた。さらに、各尿細管セグメントの遺伝子発現を解析したところ、HCaRGは近位尿細管だけでなく遠位尿細管の障害も抑制しており、野生型マウスではKlothoなどの遠位尿細管由来の腎保護因子が低下していたが、HCaRG高発現マウスでは保たれていた。以上より、近位尿細管におけるHCaRGは、直接近位尿細管上皮細胞の保護・修復を促進するだけでなく、パラクリン機構により遠位尿細管の障害を軽減し、尿細管相互作用による恒常性の維持に寄与し、腎障害の進展を抑制しているのではないかという新たなる仮説が考えられた。また、HCaRGを遺伝子導入した尿細管上皮細胞に一過性の過酸化水素暴露を行い、細胞死やオートファジーに与える影響について検討した実験では、コントロール細胞において曝露12時間後までオートファジーが遅延し、細胞死が増加していたが、HCaRGは曝露後3時間以内に速やかにオートファジー現象を終息させ、ATP産生などミトコンドリア機能を保護し、細胞生存率を改善していた。このことから、HCaRGは過剰なオートファジーを介した細胞死を抑制し、尿細管上皮細胞を保護しているのではないかという新たなる可能性も示唆された。今後、HCaRGを中心とした尿細管相互作用やオートファジー制御メカニズムを明らかにし、学会や学術論文を通して発表していく予定である。HCaRGを中心とした尿細管相互作用を検討するために、近位尿細管におけるHCaRGコンディショナルノックアウトマウスを、タモキシフェン誘導性Creを発現するNDRG-1 CreERTノックインマウスとHCaRG floxedマウスにより作製し、近位尿細管のHCaRGを特異的にノックダウンした際に、近位尿細管のバリアー機構はどのように変化するのか、遠位尿細管の障害は悪化するのかどうかを病態モデルを用いて検証する。HCaRGは、アクチンやRab5と相互作用を持っていることを報告しているが、HCaRGの相互因子や受容体の存在など、まだ明らかになっていない点は多い。今回、HCaRGの関わる新たな伝達経路を明らかにする目的で、ヒトHCaRG-Flagタグ合成タンパク発現プラスミドを作製し、HCaRGの相互因子の探索を行った。HEK293細胞に遺伝子導入をし、免疫沈降と質量分析を行ったところ、HCaRGの結合タンパクの候補として新たに23のタンパクが同定された。その中にはHCaRG以外のCOMMDファミリーや、細胞内輸送に関わるタンパク複合体、遺伝子制御に関わる核内分子などが含まれており、今後、細胞内でのHCaRGとの結合や相互作用を検討して行く予定である。また、残腎機能を評価するためのバイオマーカー、及び腎細胞癌の予後予測因子や、術後の腎細胞癌の再発リスクを評価するバイオマーカーとしての有用性を検討するため、日本大学医学部付属板橋病院と研究協力施設において、腎機能障害の患者及び、腎癌にて手術を受けた患者約130名の同意を得、血液・尿検体を確保した(臨床研究RK-170912-4)。次年度は、これらのヒト検体を用いてHCaRGタンパクの測定を行い、臨床上の有用なバイオマーカーとして可能性を検証する。

Hypertension-related, calcium-regulated gene(HCaRG/COMMD5)は腎臓の尿細管に発現しており、障害を受け脱分化した尿細管上皮細胞の間葉上皮移行を促し、尿細管の修復を促進し、腎障害後の生存率を改善させることを見出していた。また、正常尿細管上皮細胞から分泌されたHCaRGタンパクが癌細胞のEGFRを含むErbB受容体ファミリーの発現を抑制し、増殖を抑制している可能性が示唆されていた。今回、内因性HCaRGが、細胞骨格の構成因子であるアクチンとRab5に結合し、EGFRの細胞内輸送及びリサイクリングをコントロールしていることを報告した。次に、培養尿細管上皮細胞にシスプラチン暴露を行い、HCaRGの細胞保護メカニズムを検討した。HCaRGは、シスプラチン暴露下の尿細管上皮細胞において、速やかにp21の発現を増強させた。続いて、E-cadherinの発現はp21に遅れて発現のピークを迎えた。本実験において、p21の転写因子の一つであるFoxOタンパクのリン酸化が抑制され、Total FoxOのタンパク量は増加していた。HCaRGを抑制したところ、核内FoxOのリン酸化により、FoxOの分解が亢進し、p21の低下によりE-cadherinの発現が低下した。このHCaRGをノックダウンした尿細管上皮細胞のタイトジャンクション機能を電気抵抗指数を用いて測定してところ、HCaRGの抑制により低下していた。これらの知見から、HCaRGは、E-cadherinの発現を増加し、アドヘレンスジャンクションやタイトジャンクションによる細胞間接着構造を増強し、尿細管上皮バリアー機構を強化することにより、薬剤暴露による腎障害を予防する可能性が示唆された。細胞実験に引き続き行った近位尿細管特異的HCaRG高発現遺伝子改変マウスを使った動物実験では、シスプラチン投与後の腎機能障害だけでなく、尿細管組織障害や細胞死も野生型マウスに比べHCaRG高発現マウスで有意に軽減されていた。細胞実験で確認したE-cadherinの発現は、特にHCaRG高発現マウスの遠位尿細管で保たれていた。さらに、各尿細管セグメントの遺伝子発現を解析したところ、HCaRGは近位尿細管だけでなく遠位尿細管の障害も抑制しており、野生型マウスではKlothoなどの遠位尿細管由来の腎保護因子が低下していたが、HCaRG高発現マウスでは保たれていた。以上より、近位尿細管におけるHCaRGは、直接近位尿細管上皮細胞の保護・修復を促進するだけでなく、パラクリン機構により遠位尿細管の障害を軽減し、尿細管相互作用による恒常性の維持に寄与し、腎障害の進展を抑制しているのではないかという新たなる仮説が考えられた。また、HCaRGを遺伝子導入した尿細管上皮細胞に一過性の過酸化水素暴露を行い、細胞死やオートファジーに与える影響について検討した実験では、コントロール細胞において曝露12時間後までオートファジーが遅延し、細胞死が増加していたが、HCaRGは曝露後3時間以内に速やかにオートファジー現象を終息させ、ATP産生などミトコンドリア機能を保護し、細胞生存率を改善していた。このことから、HCaRGは過剰なオートファジーを介した細胞死を抑制し、尿細管上皮細胞を保護しているのではないかという新たなる可能性も示唆された。今後、HCaRGを中心とした尿細管相互作用やオートファジー制御メカニズムを明らかにし、学会や学術論文を通して発表していく予定である。
海岸環境の保全と利用に関する環境社会学的研究

日本の海岸は、だれもが利用可能な開かれた空間(コモンズ)である。そのような性格を持つ海岸について、利用しながら保全する方法を探究した。具体的なフィールドとして、千葉県内の主要な海水浴場を事例とした。調査の結果、営利に偏った利用の制限は定着したが、利用者の利便施設の設置については不十分であり、停滞していることがはっきりとした。公益性を備えた海の家の設置や、利用を第一に考えた防護施設の整備が強く求められている。標記の研究課題に対して、一年目の今年度はまず、対象地域を千葉県九十九里海岸に限定し、この地域の国有地海岸における海の家等の「不法占用」問題の経過を整理し、所有の理論的枠組みに即して捉え直した。この問題の背景には、海岸管理のルーズさがあり、その反動によって規制が強化され、本来ならば可能であるはずの協同組合的な占用までもが阻害されるに至った現状を把握することができた。つづいて、「海の家」の設置形態の変化に即した利用者の意識について実態調査を行う予定だったが、天候不順のため、住民意識調査に変更した。九十九里海岸を域内にもつ6市町村から無作為に480名を抽出し、郵送法によってアンケート調査を実施した。回収率は40.6%であった。この調査から判明したことは、住民の約半数が散歩や地域の行事など、日々の生活の延長上で海岸を利用し、その変化について意織している、ということことである。とりわけゴミの散乱(50.3%)、トイレやシャワーなどの公共施設の少なさ(30.3%)、緑化の推進(25.6%)などを指摘する声が顕著であり、行政の対応が必要だということが明らかになった。また、九十九里海岸の中央部では松枯れや松食い虫対策を求める声が強く、南部では海岸浸食対策への要望が強いことも明らかになった。これらについては行政機関が対策を講じているところだが、必ずしも有効に機能していない現状が明らかになった。以上の結果から、海岸の自由利用が高まれば、環境の変化に対しても意識的になり、質の向上への要求も高まっていくと推定できる。次年度は、この枠組みに基づいて、観光的な利用者の意識や行政機関の対応を調査していく。標記の研究課題に対して、二年目にあたる今年度は、当初、いくつかの対象地域を選定し、比較検討を行おうとした。だが調査をすすめていく過程で、千葉県の海の家・不法占用問題に関する資料が正規の保存期間を超過し、資料散逸のおそれがあることがわかってきた。そこで対象地域を旧成東町本須賀海岸と九十九里町片貝海岸に限定し、千葉県の保管する資料の公開および複写を請求するとともに、併せて明治時代以降の海岸利用のあり方を調査し、およそ100年間にわたる海岸利用の変化を見極めながら、保全的な利用のあり方を分析することとした。そこから浮かび上がってきたことは、戦前の海岸利用が地元有志の献身的な働きによって都会からの観光客を招き入れる、という性格が強く、営利性の追求は抑制されていた点である。これは当時の海水浴が保養的な要素を含みもち、長期滞在型だったこととも密接に関連している。それに対して、戦後は高度経済成長期のレジャー志向のもと、地元海岸地域の営利追求によってしか急増する観光客を捌ききれない実態が浮かび上がってきた。その結果、利用優先となり、保全的な側面、あるいは公共的なルールがおざなりにされる結果となった。千葉県内でいえば、その傾向が頂点に達するのがリゾート法に基づくリゾート開発の時期だったわけで、これが県内における海岸不法占用問題の顕在化と連関している。だがこの時期に、ようやく千葉県は従来からの方針の転換を図って、海岸保全へと動き始めるのだった。ここに、海岸の利用と保全に関する弁証法的な関係をみることができるのである。本年度は3年計画の最終年度にあたる。主要な調査対象地としている千業県の太平洋沿岸は地震と津波による被害が出ており、そのため当初の計画を一部変更して、海岸利用とともに、海岸防護のあり方を主題化することにした。まず、海浜の利用にかかわっては当初計画のとおり、CCZ(コースタル・コミュニティ・ゾーン)計画やビーチ利用促進モデルの対象地域の現状を調査した。その結果、利用促進よりも海岸の防護に重点が置かれている実態を把握することができた。つまり、利用促進は事業につける「冠」であり、内実は海岸防護事業だということが明らかになったわけである。だがそうしたなかでは、館山市・北条海岸における試みが町づくりと一体になって実施され、発展性のある計画だということも判明した。ここから、広く「町づくり」のための一環という視点に立った海岸計画が求められていることが示唆されている。次に、その防護に偏った海岸計画に関しては、利用上も環境保全上からも批判が多い。そこで、本研究が当初から設定していた理論的な枠組みの延長上で、「利用的な防護」という考え方を提示し、茨城県の鹿島灘の一部で実施されている素粒材養浜事業がそれに相当することを示唆した。

ただしこの点について明確な評価を出すには10年単位での継続的な調査が必要であり、あくまでも可能性を指摘するにとどめるほかない。最後に、本研究が基本的な視点としている保全的な利用原則を理論的に考察し、海岸などのコモンズ(公共空間)の私的な利用に関しては、(A)団体性、(B)必要性、(C)公益性の三つが条件になることを帰納的に提示した。これによって、本研究が出発点としていた「海の家」の海岸不法占用問題に対する、理論的な解決法を得たことになる。
小胞体ストレス経路の炎症病態への関与

小胞体内での構造異常蛋白質蓄積により誘導される小胞体ストレス経路は、細胞に対する種々のストレスにより誘導され、細胞保護に働く。しかし、それらのストレスが過剰な場合には、アポトーシスが誘導され障害細胞全体が除かれる。これまでに我々は、小胞体ストレス誘導性転写因子CHOPが、過剰なNO、異常インスリン、虚血再灌流などにより誘導され、アポトーシスを惹起し、病態形成に深く関与していることを明らかにしてきた。本基盤研究では、これまでの成果をふまえながら、未だ明確でない小胞体ストレス-CHOP経路の炎症病態への関与について検討することを目的とした。野生型およびCHOPノックアウトマウスの気管内に大腸菌リポポリサッカライドを投与して肺炎モデルを作成した。その結果、野生型の肺において小胞体ストレス-CHOP経路の誘導を認めた。CHOPを欠損したマウスでは、明らかな炎症像の抑制が認められた。その原因について検討したところ、マクロファージにおいてLPSによってCHOP依存性にカスパーゼ11が誘導され、IL-1β活性化機構が誘導されることが明らかとなった。実際、CHOPノックアウトマウスでは、LPS投与時の気管支肺胞洗浄液中のIL-1β分泌量が明らかに減少していた。次にこれまでアポトーシス誘導因子と考えられてきたCHOPが、LPS刺激時にはアポトーシスを誘導しない原因について検討した。その結果、タプシガーギン刺激のような典型的な小胞体ストレス刺激の場合と比較して、LPS刺激の場合にはCHOPの誘導が遅れ、CHOP誘導より前にBiPなどの細胞機能保護分子が既に誘導されていた。そのために、CHOPが発現してもアポトーシスは誘導されないものと考えられた。今後は、さらにより詳細な炎症時における小胞体ストレス-CHOP経路の動態についての解析を進めたい。この小胞体ストレス誘導性アポトーシスには、小胞体ストレス誘導性転写因子CHOPが関与する系などが知られている。これまで、小胞体ストレスと炎症・免疫系との関係については、小胞体ストレス誘導性転写因子XBP-1が、リンパ球系の分化に必須である事が、ノックアウトマウスの解析で明らかにされるなど深い関係があることが示唆されていたが、具体的な分子機構はほとんど明らかではなかった。本研究において我々は、LPSを気管内投与して作成したマウスの肺の炎症をモデルとして、小胞体ストレス、とくにCHOPと炎症病態形成との関係について解析を行なった。CHOPノックアウトマウスでは、野生型マウスと比較して、LPS投与による肺胞レベルでの炎症像が明らかに抑制されていた。肺胞洗浄をおこなったところ、洗浄液中に回収された炎症細胞は、野生型では好中球を主体とする著しい増加を認めたが、CHOPノックアウトマウスでは、非投与群と比較して細胞の増加は軽度に留まった。さらに、肺胞洗浄液中のサイトカイン濃度を測定したところ、CHOPノックアウトマウスでは、LPS投与によるIL-1βの濃度増加が特異的に抑制されていた。IL-1βは、炎症刺激により前駆体の形で合成され、カスパーゼ1および11の働きにより、部分分解されて活性型に変換され、分泌される。解析の結果、カスパーゼ11の誘導にCHOPが必要であることが明らかとなった。IL-1βは、炎症の初期過程に働く代表的なサイトカインである。これにより、小胞体ストレス-CHOP経路がサイトカイン系を介して炎症病態を調節する系の存在が明らかとなった。

小胞体内での構造異常蛋白質蓄積により誘導される小胞体ストレス経路は、細胞に対する種々のストレスにより誘導され、細胞保護に働く。しかし、それらのストレズが過剰な場合には、アポトーシスが誘導され障害細胞全体が除かれる。これまでに我々は、LPSを気管内投与して作成したマウスの肺の炎症をモデルとして、小胞体ストレス系の炎症病態への関与について解析を行ない、小胞体ストレス-転写因子CHOP経路がカスパーゼ11の誘導を介して、IL-1βの活性化、分泌に働くことを初めて明らかにした。これにより、小胞体ストレス-CHOP経路が、炎症反応の調節に働くことが明らかとなった。しかし、これまで小胞体ストレス誘導性アポトーシスに関与する因子と考えられてきたCHOPが、炎症刺激によって誘導された場合にはアポトーシス誘導に働かず、サイトカイン経路活性化に働く分子機構は明らかではなかった。本年度は、マクロファージ系培養細胞を使用し、小胞体ストレス-CHOP経路が炎症誘導刺激であるLPSによって誘導された場合と、典型的な小胞体ストレス誘導刺激であるタブシガーギン刺激によって誘導された場合とで、CHOP関連分子の誘導に時間的・量的に差があるかについて検討した。その結果、炎症刺激の場合にはCHOPの誘導が時間的に遅れ、CHOP発現前に小胞体シャペロン等の小胞体機能保護に働く分子群が誘導されていることが見い出された。これに対してタプシガーギン刺激では、CHOPの誘導は早期に認められ、小胞体機能保護機構の準備が整う前にCHOPが発現するため、細胞はアポトーシスをおこすものと考えられた。今後は、さらにより詳細な炎症時における小胞体ストレス-CHOP経路の動態についての解析を進めたい。