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融雪流出の基礎的研究

四つの積雪・融雪変換モデルの適合性の実態ならびに各モデルの地域的な、また年ごとの変化から、さらにモデルの改良が必要であることを指摘するとともに、新たな積雪・融雪変換モデルを作成するにあたっての留意点を明らかにした。その成果については農業土木学会論文集に発表した。2.融雪機構に関する現地試験1985年冬期以降、本学御明神牧場で実施している融雪量と気象要素との観測資料を解析し、積雪期の融雪状況および融雪期における積雪表層の熱収支について検討した。融雪熱量に占める放射収支量の割合は大きく、その値は7585%であった。また潜熱は蒸発による場合がほとんどで、融雪には負の効果をもつことが多かった。地中熱量に起因する地面融雪量は厳冬期においても常に認められ、その値は0.41.8mm・d^<-1>の範囲にあり、平均0.91mm・d^<-1>であった。これらの知見については本学農学部報告に発表した。従来の積雪の熱収支を扱った研究では、短波放射と長波放射との正味吸収量が1日の全融雪量のかなりの部分を占め、また大気からの熱伝達によるいわゆる気温融雪量は風速に比例して増大することが明らかにされている。しかしながら現今の融雪流出解析では、一般に気温のみを指標とした融雪量算定の経験式が広く用いられており、積雪物理における知見と流出解析法との間に大きな隔たりがあるように思われる。そこで本研究では、まず気温のみを用いた積雪・融雪モデルを取り上げ、その適用性と問題点を検討した。一方融雪に関する現地試験を続行し、積雪の熱収支の面から融雪と気象要素との関係を検討した。1.北海道、東北、北陸の8地点における積雪水量あるいは積雪密度の測定値を用いて、現在わが国で採用あるいは提案されている気温のみを用いた四つの積雪・融雪モデルについて、その適合性を比較・検討した。その結果、融雪量算定式中の係数が地域によって、また年、時期によって変化すること、さらに積雪の保水性、降水の判別法、地点降水量の割増し等の検討が重要であることが明らかになった。2.3ヵ年にわたる融雪量と気象要素の現地観測により、積雪表層と地面とにおける融雪の実態を明かにするとともに、積雪の熱収支、融雪に及ぼす気象要素の重要性を検討した。積雪の熱収支では、融雪熱量に占める放射収支量の割合は大きく、その値は7585%であり、潜熱は蒸発による場合が殆どで、融雪には負の効果をもつことが多かった。また熱収支を考慮しながら、気象要素に対する融雪量の線形重回帰式を導き、融雪に及ぼす気象要素の相対的重要性を明かした。以上の知見を踏まえて、今後さらに熱収支融雪モデルの検討を進める予定である。
流体・伝熱・構造連成解析による都市建物火災拡大・有害物質輸送メカニズムの解明

本研究は、流体・伝熱・構造連成解析を用いて、燃焼反応、熱放射、熱対流、火の粉、接炎、風の変化、建物崩壊を融合させた室内外連成させた都市火災拡大と有害物質輸送予測手法を開発し、その物理的メカニズムを解明することを目的としている。1)実スケール火災風洞実験の実施火災風洞において、木造家屋を用い、実火災実験を実施した。初期の火源からの区画内での成長、壁面への伝播、噴出火炎の発生といった一連の火災延焼拡大プロセスを把握した。2)火の粉の挙動を模擬した物理モデルの開発火の粉による延焼過程は、火の粉の発生、飛散、着床着火に分けられる。ここで、ラングランジュ方程式を用いて、火の粉の飛散モデルを構築した。3)流体伝熱構造練成された統合的な都市火災拡大有害物質輸送予測と検証昨年度及び今年度の2)で作成したモデルを連成させ、流体伝熱構造連成させた統合的な都市火災拡大有害物質輸送予測を構築した。風洞実験を対象として、その予測精度を検証した。4)救助計画、避難・防災計画のための基礎データの整備上記3)の結果を基に、都市火災時の気流性状、温度性状、建物崩壊状況、汚染質濃度の拡散性状をデータベース化し、都市防災計画及び都市火災時における救助計画などの基礎資料を作成した。流体・伝熱・構造連成解析を用いて、燃焼反応、熱放射、熱対流、火の粉、接炎、風の変化、建物崩壊を融合させた室内外連成させた都市火災拡大と有害物質輸送予測手法を開発し、その物理的メカニズムを解明することを目的として、1.都市建物火災データの収集既往の都市建物火災に関する文献調査を行い、建物内外において利用可能な熱対流・熱放射・構造解析のための基礎資料を作成し、既往の実験による火災時の熱対流及び煙流動の特性に関するデータを整備し、既往の火災調査や火災風洞実験などによる火の粉に関するデータも調査収集した。2.都市火災を想定した境界層型風洞実験の実施所内にある無音境界層風洞実験施設を用い、モデル市街地を選定し、ある建物(群)の上層階において火災発生を想定し、火災発生階において汚染物質を模擬したトレーサーガスを発生させ、ガス濃度の平均量及び変動量を測定した。3.都市火災時の室内外火災気流と有害物質輸送予測手法の融合と流体・伝熱連成解析による火災延焼シミュレーションモデルの作成と検証これまで開発してきた燃焼反応モデル、ガスとスス放射モデルを組み込んだ圧縮性流体CFD解析による室外火災気流予測手法と有害物質輸送予測手法を融合し、風洞実験データと比較することにより本解析手法の予測精度の検証を行った。木造、防火造、耐火造に分けて材料特性を考慮し、それぞれの熱分解と一次元熱伝導を連成した材料燃焼モデルを構築し、これを予測モデルに組み込み、都市火災延焼シミュレーションモデルを作成した。4.粒子法による建物崩壊の予測構造物の内部に多数の粒子を配置し、材料や部位などにより異なる粒子間相互作用モデルを設定し、火災による熱などにより構造物強度の低下を計算し、粒子と粒子との距離を予測し、粒子間距離が限界値を超えた場合は、粒子の飛散を開始させ、構造物の崩壊の予測を試みた。
電磁場と温度場の連成作用を受ける固体の非定常熱弾性問題に関する解析的研究

解析モデルとして、無限平板および無限円柱を取上げ、媒体温度が或る瞬間から一定温度に変化し、熱衝撃を受ける場合の非定常問題を想定した。一方、作用する一様磁場として、無限平板の長さ方向に平行に作用する場合と、無限円柱の軸方向に平行に作用する場合(縦磁界印加)および円柱の軸に垂直な方向に作用する場合(横磁界印加)を想定した。また、材料特性として、常磁性体と強磁性体の2つの場合を想定した。以上の設定条件の下で理論解析および数値計算を行った。理論解析においては、温度場とひずみ場との連成項を考慮し、かつ弾性場(ひずみ場)における慣性項の影響は小さいものとして無視した。数値計算に際しては、一般に強磁場と言われている1テスラ[T]から極強磁場と言われている1000[T]までを想定した。数値計算の結果、得られた知見を以下のようにまとめることが出来る。1.常磁性体に対しては、熱変形による磁場のじょう乱と、磁場の作用によって生じるMaxwell応力の影響が、さらに強磁性体に対しては、上記の磁場のじょう乱とMaxwell応力に加えて、誘導磁化により生じる磁気弾性応力の影響が顕著に現れることが判った。2.円柱に対して想定した縦磁界印加と縦磁界印加の数値計算結果より、縦磁界印加の場合には軸対称な変形を示すが、横磁界印加の場合には磁場の影響により、非軸対称変形および非軸対称な応力成分が現れることが分かった。3.強磁場環境下では、一様磁場の作用により生じる応力成分は、磁場が作用しない場合の熱応力成分よりも小さい値を示す程度であるが、一様磁場を大きく与え、極強磁場環境を想定すると、磁気的な応力成分は熱弾性応力よりもはるかに大きな値を示すことが判った。4.温度場とひずみ場と連成項の影響は、一様磁場が作用する環境においても熱弾性挙動に対して顕著に表れることが判った。本研究については、研究期間内に計8回の口頭発表を行った。しかし、これらの成果を学術論文としてまだ投稿できておらず、現在、学術論文として執筆中であります。そこで、上記の口頭発表論文を次頁の[雑誌論文]の欄に記載しておきます。本年度は、現在まで提案されている種々の磁場モデルの内、磁気双極子モデルを用いた電磁熱弾性問題の基礎方程式系(温度場、電磁場、熱弾性場)についての検討を行った。さらにこの理論に基づき、このような温度場と熱弾性場および電磁場との連成場に対して、定性的および定量的評価を行う上で、最も基本的な解析モデルであると考えられる無限平板および無限円柱の問題を取り上げ、これら2つの解析モデルに対する理論解析を行った。理論解析においては、解析モデルの磁性に関する材料特性として、常磁性良導電体及び強磁性良導電体の2つの場合を考慮した。上記の解析モデルに対する熱的境界条件として、ある瞬間より無限平板の両表面および無限円柱の側面が一定温度に保持される場合を想定し、一方、力学的境界条件としては、外力の作用がなく、上記の解析モデルに対する境界上で応力ベクトルが零となる場合を取り上げた。さらに、磁場に対する設定条件を以下のように与えた。

すなわち、無限平板に対しては、板の面内方向に平行な一様磁場があるものとし、無限円柱に対しては軸方向に平行な一様磁場がある場合を取り上げた。さらに上記の理論解析結果に基づき、数値計算を実行した。数値計算に際しては、温度上昇の範囲、初期磁場の強さ、連成係数の大きさなどを数値パラメータとして系統的にデータを求めた。その結果、初期磁場の強さおよび連成係数の大きさが、変形や応力などの力学的挙動に及ぼす影響、特にマックスウエル応力、強磁性良導電体に生じる磁気弾性応力の大きさを定量的に評価することが出来た。解析モデルを平板とした場合については日本機械学会の講演会において既に三度、円柱を解析モデルとした場合については二度の発表を行っており、これらの研究成果を学術論文として早急にまとめる予定である。本年度は、前年度の研究内容の継続として、前年度に検討した磁気双極子モデルを用いた電磁熱弾性問題の基礎方程式系(温度場、電磁場、熱弾性場)を用いて、最も基本的な解析モデルであると考えられる無限平板および無限円柱の一次元連成電磁熱弾性問題を取り上げ、これら2つの解析モデルに対する理論解析および数値計算を行った。理論解析においては、解析モデルの磁性に関する材料特性として、常磁性良導電体及び強磁性良導電体の2つの場合を考慮した。上記の解析モデルに対する熱的境界条件として、ある瞬間より無限平板の両表面および無限円柱の側面がある一定値の相対熱伝達率により加熱される場合を想定した。一方、力学的境界条件としては、外力の作用がなく、上記の解析モデルに対する境界上で応力ベクトルが零となる場合を取り上げた。さらに、磁場に対する設定条件として、無限平板に対しては板の面内方向に平行な一様磁場があるものとし、無限円柱に対しては軸方向に平行な一様磁場がある場合を取り上げた。数値計算に際しては、温度上昇の範囲、境界面での熱伝達率、初期磁場の強さ、連成係数の大きさなどを数値パラメータとして系統的にデータを求めた。その結果、初期磁場の強さ、相対熱伝達率および連成係数の大きさが変形や応力などの力学的挙動に及ぼす影響、特にマックスウエル応力、強磁性良導電体に生じる磁気弾性応力の大きさを定量的に評価することが出来た。さらに、今年度は、磁場が2次元的に作用する場合、および物性値の温度依存性を考慮した1次元問題についても、平板や円柱をモデルとして理論解析を行っている段階である。本研究課題については、解析モデルを平板とした場合については日本機械学会の講演会において既に三回、円柱を解析モデルとした場合についても三回の発表を行っているが、これらの研究成果を学術論文として早急にまとめる予定である。
血管性認知症における局所脳代謝量によるリハビリテーションの機能予後予測の検討

移乗動作障害を有する血管性認知症(VaD)患者に対して運動療法に心理的支持を加えた包括的なリハビリテーション(リハ)を2か月間実施し、リハ前後に移乗動作の介助量評価や脳FDG-PET検査を実施し、介入群と対照群で比較した。その結果、VaDに対して包括的なリハは有効で、その効果は右島皮質の糖代謝の増加と関係している可能性が示唆された。本研究の目的は、血管性認知症に対してADLの向上を目指した包括的なリハビリテーションの効果を実証し、その神経基盤を解明することである。平成21年度は、移乗障害を有する血管性認知症(VaD)患者に対して包括的なリハビリテーションを行った。対象はNINDS-AIREN基準のprobableVaD患者で、移乗動作に介助を要し、MMSE10点以上でリハビリテーションにおける教示が可能であり、重度の併存疾患などリハビリテーションの阻害因子を持たない血管性認知症患者6名である。その結果、MMSE、GDS、CASおよびSIASのいずれにも有意な変化を認めなかったが、FIMによる移乗動作の介助量は有意に減少した。局所脳糖代謝量では右島に有意な増加を認めた。したがって、ADL障害を有するVaD患者に対する包括的なリハビリテーションは有効であり、その効果は右島皮質の糖代謝の増加と関係している可能性が示唆された。平成21年度に実施した包括的なリハビリテーションは、移乗動作障害に対する課題指向型の運動療法と心理的支持からなっていたが、心理的支持の効果を検討するために、平成22年度以降は、平成21年度に心理的支持を実施した群と病巣がマッチングした対象者を対照群として、心理的支持の代わりに世間話などを行った。病巣以外の組入れ基準は平成21年度と同じにした。つまり、NINDS-AIREN基準のprobableVaD患者で、移乗動作に介助を要し、MMSE10点以上でリハビリテーションにおける教示が可能であり、重度の併存疾患などリハビリテーションの阻害因子を持たない血管性認知症患者である。平成21年度は2名より同意が得られた。その結果、対照群2名において、MMSE、GDS、CASおよびSIASのいずれにも有意な変化を認めず、FIMによる移乗動作の介助量もほとんど変わらなかった。局所脳糖代謝量では介入前後で明らかな変化を認めなった。したがって、ADL障害を有するVaD患者に対して運動療法に心理的支持を加えた包括的なリハビリテーションは有効であり、その効果は右島皮質の糖代謝の増加と関係している可能性が示唆された。平成21年度は、移乗動作障害に対して課題指向型の運動療法と心理的支持を包括的なリハビリテーションとして実施した。平成22年度以降では心理的支持の効果を検討するために、平成21年度に心理的支持を実施した群(介入群)と病巣をマッチングさせた対象者を対照群として、心理的支持の代わりに世間話などを行った。組入れ基準は、NINDS-AIREN基準のprobableVaD患者で、移乗動作に介助を要し、MMSE10点以上でリハビリテーションにおける教示が可能であり、重度の併存疾患などリハビリテーションの阻害因子を持たない血管性認知症患者である。病巣を対照群とマッチングさせ、組入れ基準を満たした対象者のうち平成23年度は2名より同意が得られ、対照群は計4名となった。
脳イメージングを基軸としたタンパク質老化モデルの治療評価系の開発

脳タンパク質老化の進展メカニズムの解明と精神・神経変性疾患の治療を最終目標として、本研究では生体脳イメージング技術を駆使した治療評価系の開発を目指してきた。平成30年度は、放医研にて開発されたタウPETリガンドPBB3を用いたPETイメージングとヒト脳病理像との相関関係を検証し、その結果を国際誌にて報告した(Shinotoh et al. 2019Neurology; Ikeda et al. 2019Movement Disorder; Endo et al. 2019 Movement Disorder)。また、タウオパチーモデルrTg4510マウスにおけるタウ病変と神経炎症病態の関連性についてPETイメージングを中心とした解析を行い、生体における病態進行度の評価と死後脳の病理解析結果との相関を明らかにするとともに、タウ病変と神経炎症には密接な関係があることを突き止めた(Sahara et al. 2018 JAD)。さらに、イメージング技術を用いたマウスモデルの病態評価系に加えて、タウ凝集体プリオン様伝播モデルとしてstable cell lineを確立し、ハイスループットドラックスクリーニングシステムを構築した(Matsumoto et al. 2018 IJMS)。これまでの5年間で、ヒトと動物モデルで共通した生体イメージング技術を活用することで、神経変性疾患(特にタウ病態を指標としたタウオパチー)の生体評価システムを確立し、治療薬開発に資するイメージングプラットフォームの構築に成功した。これらの成果をもとに、認知症治療開発がさらに進展することが期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。我々は、脳タンパク質老化の進展メカニズムの解明と精神・神経変性疾患の治療を目的として、生体脳イメージング技術を駆使した治療評価系の開発を目指している。2013年、我々の研究拠点である放射線医学総合研究所より、生体脳のタウ病変を可視化するポジトロン断層撮影(PET)プローブとして[11C]PBB3が報告された(Maruyama et al. 2013 Neuron)。この[11C]PBB3の詳細な結合特性の解明と、より汎用性の高い18F(フッ素、半減期110分)で標識される改良型のPETプローブの開発を目的として、タウ病変と脳萎縮を加齢依存的に呈するrTg4510マウス(SantaCruz et al. 2005 Science)を海外より導入し研究基盤を確立した。本年度は、新たに開発したPBB3フッ素誘導体についてPETプローブとしての有効性を明らかにし、TSPO(18 kDa Translocator protein)を指標としたマイクログリアの活性化とタウ病変との間で正の相関があることをPETイメージングにて証明した。この結果は、典型的な脳タンパク質老化であるタウ病態を複数のPETプローブにより同一個体で評価したはじめての成果であるといえる。また現在、動物モデルを用いた同一個体の計時的観察によるtau PETイメージングと核磁気共鳴イメージング(MRI)の縦断的解析をすすめており、治療評価の指標となりうる標準PET画像と脳形態画像の構築を目指している。一方で、霊長類による脳タンパク質老化モデルの作出とその病態解析を目指して、アデノ随伴ウイルス(AAV)によるタンパク質発現モデルの構築をすすめている。本年度はマーモセット脳への導入実験を行なう目的でヒトタウ遺伝子を導入したAAVを作製した。また、MRIによるマーモセット脳機能計測を目的として、マーモセット専用のMRI用コイル・クレードルの開発を進めている。マーモセットの脳画像解析研究において、平成26年12月に、マーモセット脳機能研究の第一人者から、現行のコイル・クレードルの製作方式では予想に反し実験動物の生理状態が悪化するとの指摘を受けた。研究遂行上、実験動物の生理状態を厳密に維持する必要があるため、製作方式と製作期間の見直しが必要となり、予備実験が延長となった。それ以外は、概ね順調に進んでいる。2年目の本年度よりタンパク質構造化学に裏付けされたPET薬剤開発を進めている。現在、生体イメージング技術を用いたマウスモデルの治療評価系の開発を進めており、この評価系を活用した創薬プラットフォームの構築を目指している。我々の研究成果として、タウPETイメージングによる生体脳でのタウ病理像が形態MRIで見られる脳萎縮と相関することが確認されており、PETイメージングで検出される神経炎症とも関連性が高いことが明らかとなった。また、我々の用いるタウPETリガンドが蛍光特性を有することから、二光子顕微鏡による細胞レベルのタウ病変進行過程を生体内で追跡することに成功した。これらのマルチモーダルイメージング技術をさらに発展することで、動物モデルによるタウオパチーに対する早期治療評価系を確立できると考えている。また、並行してマーモセットの脳タンパク質老化モデルの作出、核磁気共鳴法による老化タンパク質の構造解析、新規イメージングバイオマーカーの開発も進めている。動物モデル、PETイメージング、タンパク質構造化学解析を順調に進めており、マーモセットモデルの作出に若干の遅れが生じているが、マーモセット脳のMRI用コイルが使用可能となったことから、脳機能計測に関わる実験が本年度より開始されており、概ね順調に進展している。本研究班では、脳タンパク質老化の進展メカニズムの解明と精神・神経変性疾患の治療を最終目標として、生体脳イメージング技術を駆使した治療評価系の開発を目指している。昨年度に引き続き本年度は、タウ病変と脳萎縮を加齢依存的に呈する動物モデルであるrTg4510

マウスを用いてPET、MRI、二光子顕微鏡などのマルチモーダルイメージング技術による創薬プラットフォームを構築し、その有用性を評価した。特に、二光子顕微鏡を用いた蛍光イメージングによる1細胞レベルの観察結果から、数週間でのPBB3陽性細胞の産生・消失ターンオーバーが存在し、そのターンオーバー速度から治療効果を判定できることが分かった。数週間で評価できる治療判定システムとしての活用が期待できる。一方で、家族性前頭側頭葉変性症患者由来のiPS細胞を用いた研究成果として、タウの遺伝子変異を有する細胞ではカルシウムの流入、タウオリゴマーの放出が促進されることが明らかとなり、ゲノム編集によるタウ遺伝子の修復で正常状態に戻ることも確認された。本細胞モデルも治療評価系として活用されうる。また、イメージングバイオマーカー開発を継続して進めており、特定の低分子化合物がタウ凝集体と結合することを各種2次元核磁気共鳴装置(NMR)により帰属を完了し、タンパク質構造化学的な特性解析の有用性が確認された。将来的にはタウオリゴマーの検出に向けたリガンド開発が期待される。順調に進んでいる。本研究班では、脳タンパク質老化の進展メカニズムの解明と精神・神経変性疾患の治療を最終目標として、生体脳イメージング技術を駆使した治療評価系の開発を目指している。本年度は、放医研に開発されたタウPETリガンドPBB3の結合特性評価と、タウオパチーマウスモデルrTg4510マウスのマルチモーダルイメージング技術による病態評価を死後脳の病理像との相関と合わせて行った。これらの成果について複数の論文発表を行なった。今年度は分担研究者、連休研究者と共に複数の論文を国際誌に掲載することができた。順調に進んでいる。脳タンパク質老化の進展メカニズムの解明と精神・神経変性疾患の治療を最終目標として、本研究では生体脳イメージング技術を駆使した治療評価系の開発を目指してきた。平成30年度は、放医研にて開発されたタウPETリガンドPBB3を用いたPETイメージングとヒト脳病理像との相関関係を検証し、その結果を国際誌にて報告した(Shinotoh et al. 2019Neurology; Ikeda et al. 2019Movement Disorder; Endo et al. 2019 Movement Disorder)。また、タウオパチーモデルrTg4510マウスにおけるタウ病変と神経炎症病態の関連性についてPETイメージングを中心とした解析を行い、生体における病態進行度の評価と死後脳の病理解析結果との相関を明らかにするとともに、タウ病変と神経炎症には密接な関係があることを突き止めた(Sahara et al. 2018 JAD)。さらに、イメージング技術を用いたマウスモデルの病態評価系に加えて、タウ凝集体
４電子酸素還元反応カーボンフレーム触媒の開発

窒素ドープカーボン材料は、燃料電池カソード極触媒の次世代材料として期待されていますが、高活性で均一、高密度な活性点を持つ構造を合成する方法は確立されていません。本研究では、グラファイトや有機分子を活用して触媒のモデル構造を作製し、各種分光法を駆使して、高活性な触媒に必須である4電子還元反応を選択的に誘起する構造およびそのメカニズムを明らかにします。この知見に基づき、4電子還元反応が進行する活性点を均一かつ高密度に有する触媒を、ボトムアップ的に合成します。
プロテオミクスで紐解くヤポネシア人の食生活の復元

多様な年代や地域で出土する動植物遺体中に残存する微量ペプチドの同定により、ヤポネシア人の動植物利用の復元を試みる。さらに歯石や土器付着物等のより複雑な試料についてもプロテオミクス解析を行うことで、ヤポネシア人の食生活や疾患を復元し、ヤポネシアへの渡来と定着の過程における食生活、疾病や動植物利用の変遷を明らかにする。
細胞膜プロテアーゼ受容体の活性化を介する感染宿主応答としての組織障害機構

感染症の克服には、感染源に対する防御だけでなく、感染により生じる宿主応答としての組織の病的な構造と機能の障害(リモデリング)に対する理解と対策が重要である。感染に対する宿主応答としては、菌体内毒素(LPS)による細胞の活性化とそれに伴い産生された炎症性サイトカインによる増殖因子の産生と障害組織の修復及び免疫反応の関与が考えられている。我々はこれまでの研究で、「感染による組織障害は、活性化血液凝固因子と凝固阻害因子による細胞膜プロテアーゼ受容体を介する組織修復機構のバランスの破綻による」との考えに至った。そこで本研究ではこれを証明するため、【1】感染による血液凝固系の活性化と臓器障害の機構、【2】プロテアーゼ凝固因子よる血管や気道の細胞膜プロテアーゼ受容体の活性化機構等の研究を行った。【結果】(1)手術後感染による肝障害の分子機構を解明する目的で、E.coliリポポリサッカライド(LPS)をラット尾静脈に投与後、肝類洞内皮の抗血栓性因子トロンボモジュリン(TM)の発現動態を検討した結果、LPS投与後、ラット肝類洞内皮ではTM蛋白及びmRNAの発現量が低下し、肝組織内にフィブリン沈着を認めた。この機構をin vitroで検討するため、正常ラットから単離した肝類洞内皮細胞に及ぼすLPSの作用を解析した結果、LPSの濃度依存性、作用時間依存性にTM発現量の低下を認めた。このLPSによる肝障害は、組換えTM蛋白の併用投与により著しく軽減され、この効果は炎症性サイトカインの発現阻止によるものではなく、TM蛋白の抗凝固作用によることが示唆された(J.Hepatol.2003)。また、(2)難治性疾患の間質性肺線維症が、感染後の慢性的炎症、感染局所の持続的な凝固亢進による組織リモデリングによって生じる可能性を明らかにするため、抗凝固作用及び抗炎症作用を有する抗血栓性プロテアーゼの活性化プロテインC(APC)のブレオマイシン誘導性間質性肺線維症モデルマウスに及ぼす治療効果を検討した。その結果、APC投与により間質性肺線維症にみられる肺呼吸機能の低下、肺組織の線維化のいずれも有意に改善され、この作用は、主にAPCが感染組織の上皮細胞で発現されるPDGFの産生を阻止するためであることを明らかにした。(Am.J.Respir.Crit.Care Med.誌に印刷中,2003)感染症の克服には、感染源に対する防御だけでなく、感染により生じる宿主応答としての組織の病的な構造と機能の障害(リモデリング)に対する理解と対策が重要である。(Am.J.Respir.Crit.Care Med.誌に印刷中,2003)
平衡覚伝導路形成における細胞接着分子プロトカドヘリン９の役割の解明

細胞接着分子プロトカドヘリン9は、平衡覚伝導路に特異的に分布しているが、その生理的な機能はわかっていない。本研究では、ノックアウトマウスを用いて、この分子が実際に平衡覚伝導路の形成や平衡感覚に関わっているかを形態学的および行動学的に検証をした。まず、発生期の神経回路形成などを組織化学的に調べたが、特に異常が見いだせなかった。一方、行動解析においては、平衡感覚や学習などの行動には異常は見られなかったが、視機性動眼反射で異常が見られるとともに、情動性が高まっていることがわかった。以上の結果から、プロトカドヘリン9が前庭動眼神経系や情動系の神経回路で機能していることが明らかになった。本年度はまずプロトカドヘリン9のノックアウトマウスの形態学的解析を行った。生後マウスの脳のスライスをニューロフィラメントで染色を行ったが、視床皮質線維や皮質脊髄路などの大きな回路の異常は見いだせなかった。また、前庭神経核の大きさなども特に目立った異常は見られなかった。次に、内耳の平衡班についてもシナプシンなどのシナプスマーカーなどを用いて調べたが異常は見つからなかった。これらの組織形態学的な解析については今後も続けていく必要があると考えているそれと並行してこのノックアウトマウスの前庭動眼反射の解析を行った。この解析は理化学研究所の共同研究者に依頼をした。その結果予備的ながらノックアウトマウスでは反射が低下していることが観察された。しかし、その後このマウスにはloxPで挟まれたneo遺伝子が組み込まれており、その影響がないことを確認する必要があることが浮上した。そこで、CAG-Creマウスと交配させることによりneo遺伝子を除いたマウスの作製をした。現在マウスの遺伝的背景を調べ、自然交配と人工授精によってマウスを増やす準備を整えているところである。マウスが用意できれば、H26年度に再度動眼反射の解析を行うとともに、記憶などの神経機能を調べるために迷路実験などの行動解析を行う予定である。当初の計画より遅れているが、予備的ながら動眼反射の異常が観察されたことは本研究の目的に合致した重要な結果といえる。本年度は4月に新所属に異動したので、まず25年度末にできたプロトカドヘリン9ノックアウトマウス(Neo -)の搬送・移設を行った。次にNeo+マウスで観察された動眼反射の結果をNeo-マウスで再確認するために、共同研究者である永雄博士が所属する研究室に受精卵を搬送した。そしてマウスを個体化・繁殖をし動眼反射の解析の準備を整えた。一方、記憶などを含めたより一般的な行動解析のために共同研究を行っている理化学研究所BRCに送ったマウスは、繁殖数が予定数を下回ったので、再度繁殖を行って解析の準備を行った。また、プロトカドヘリン9マウスとの比較のために、プロトカドヘリン1ノックアウトマウスをBRCに搬送し、一般行動解析の準備を行った。平成27年度は、プロトカドヘリン9および比較のためプロトカドヘリン1のノックアウトマウスの行動解析および生化学検査などを理化学研究所BRCの研究グループと共同研究で行った。プロトカドヘリン9については、Open-field testではホモ個体の中心滞在率が低く、Crawley's socialinteractiontestでは新奇物体付近での滞在時間が短く新奇物体を避ける傾向がみられたことなどから、ホモの情動性が高くなっている可能性が考えられる。また、聴性脳幹反応は正常であった。血液検査では血糖値がやや低いことや網状赤血球の低下なども観察された。プロトカドヘリン1については、Open-fieldtestのよう情動性が喚起される場所(新奇場面)ではホモ個体の移動活動が高くなっていた。Crawley socialinteractiontestでは新奇個体付近での滞在時間がホモの方で長く、ホモの社会性が高くなっていた。なお、本年度計画していたプロトカドヘリン9の前庭前庭反射の再検査は行うことができなかった。プロトカドヘリン9については既に本研究の中で前庭動眼反射にかかわっている可能性を示しているが、今回新たに情動行動にも関与していることが明らかになったことは重要であり、平衡覚と情動が密接な関係にあることが考えられる。また今回プロトカドヘリン9の情動行動における関与はプロトカドヘリン1とは異なるものであることがわかった。一方プロトカドヘリン10は自閉症の原因遺伝子の1つであることが報告されており、プロトカドヘリン9も平衡覚や情動行動を制御する因子としてヒトの精神神経疾患と関係している可能性が示唆された。

所属の異動により、動物の搬送、研究室のセットアップ、人員・研究費不足などが生じたため、予定より遅れている。これらの問題の一部は26年度に改善したが、一部は27年度も続くと予想される。神経発生学共同研究により行っている行動解析は27年度に結果が出る予定である。27年度に組織化学的法を用いた形態解析を進め、これらを合わせて研究成果としたいと考えている。当初想定していなかったneo遺伝子の影響がある可能性が浮上したので、neo遺伝子を除いたマウスの作製に時間がかかった。また、H26年度4月に異動(所属変更)をするための準備で時間がとられた。購入物品が当初の予定より安くなったのでわずかながら差額が生じたため。4月の異動によるマウスの移管をできるだけ早く済まし、動眼反射、行動解析を進めていく予定である。また、異動先での研究環境を整え、形態の解析を再開していく予定である。差額は次年度に試薬等の物品費として使用予定。12月末に予定していなかった移動が決まったため、実験などを年度末まで行うことができなかった。そのため当初予定していた予算を使い切ることができなかった。額自体は少ないので、H26年度に研究を始めるための消耗品(試薬、プラスチック器具)や動物購入代金等に充てる予定である。
ショウジョウバエの変態における神経回路形成の分子機構

完全変態昆虫の行動は変態によって劇的に変化する。この行動変化は蛹期における広範な神経回路の変更によって起こる。本研究では、変態中の様々な神経系の変化がどの様にして統一的にあるいは相互作用によって調節され、成虫の神経系として組織されていくのかを細胞と分子のレベルで解明するための基礎データとして次の結果を得た。1.エンハンサートラップ法を用いて変態期の神経系に特異的に発現する遺伝子の検索を行なうために、HZベクターの特徴を検討した。約100系統を樹立し、3令後期幼虫の様々な組織におけるβ-gal染色パターンの特徴を調べた。その結果、a,染色率でみると器官はいくつかのグループに分かれた。すなわち、脳、腹髄、生殖巣、前腸で染色率が約90%と非常に高いグループ、付属肢の成虫盤、唾腺、環状線で染色率が約80%と高いグループ、筋肉、脂肪体で染色率約16%と低いグループ、その他の中間的な染色率のグループである。b.成虫盤が染色される系統はすべて神経系も染色された。c.ある成虫盤に注目すると組織全体が染色されるものと一部域のみが染色される系統があったが、組織全体が染色される系統ではすべての種類の成虫盤が染色された。2.神経系と成虫盤の染色パターンに注目して、特に、神経系の全体と肢の成虫盤の中央部と他の一部のみを染色し、翅芽を染色しない19系統を選んで、染色体番号、P因子の挿入バンド位置、致死性、不妊性を調べた。その結果、第1染色体に1系統、第2染色体に5系統、第3染色体に13系統でP因子が挿入されていた。また、3系統が致死、5系統が不妊であった。これらの系統について成虫の神経系のβ-gal染色を行なったところ神経細胞の多くが染色されない系統がほとんどであった。
多量の塩を添加せずとも美味しい練り製品を形成し抗酸化性を発揮する新食素材の開発

鶏筋原線維タンパク質(Mfs)を調製し,糖種としてリボース・グルコースを用意した。温度・相対湿度・反応時間・鶏Mfsと糖の重量比を条件として選び,ランダムセントロイド最適化(RCO)法を用いて,提示された実験条件下にてメイラード反応を行った。得られた各糖化鶏Mfsの0.1M食塩溶液への溶解度およびヒドロキシルラジカル消去活性(HORAC)を指標として,低イオン強度溶液に可溶で最大限の抗酸化能を発揮する各糖化鶏Mfsの調製条件を明らかにした。さらに,最適条件下で得られた糖化鶏Mfs溶液(0.1M食塩溶液)を加熱し,ゲル形成能があるか否かも検討した。昨年度から引き続きリボースを用いた検討を継続した。その結果,低イオン強度溶液への可溶性を保持しながら、最も抗酸化能を発揮する(HORACを指標として)リボース修飾鶏Mfsの最適調製条件は,温度38°C,相対湿度40%,反応時間4.55h,リボース/鶏Mfs比10.7であることが判明した。この時のHORAC値は,タンパク質1g当たり5.1±1.3μmol没食子酸当量(GAE)となった。が,加熱ゲル形成能は消失していた。一方,グルコースを選択した場合は,温度52°C,相対湿度38%,反応時間6.79,グルコース/鶏Mfs比11.7との最適調製条件を得た。HORAC値は,タンパク質1g当たり9.7±0.7μmolGAEであった。両糖化鶏MfsのHORAC値は,リンゴ抽出液の値に匹敵していた。さらに、この最適グルコース修飾鶏Mfsは,加熱ゲル形成能を有しており,このゲルにおけるHORAC値は,タンパク質1g当たり23.2±0.7μmolGAEとなり,溶液の2.4倍の抗酸化能を示した。数種の糖種からリボース・グルコースを選択し検討を行い,上記の結果を得た。リボースの仕事に関しては,すでに,論文としてpublishしている。また,グルコースの仕事に関しても,結果をまとめ,学術論文として,投稿準備中である。現在,他の糖種についても検討を継続中であり,計画通り研究は進展している。糖種を二糖類、少糖類、多糖類と変化させ、RCO法を用いて低イオン強度溶液に可溶で、かつ、最大限の抗酸化能を発揮する糖化鶏Mfsの調製条件をRCO法を用いて、検索する。その中から、加工食品素材として最大限の機能性を有する糖化鶏Mfsを選択し、その機能性をもたらすメカニズムにつき検討を加えてゆく。co-workerである佐伯が,使い残したため。今後の研究打ち合わせのための旅費の一部として使用する。
病院内加速器中性子捕捉療法確立のための基礎的・臨床的研究

中性子捕捉療法を、医療として確立するために「原子炉」から「病院内小型加速器」への展開のための総合的研究を行った。小型の加速器の出力を上げるための電源供給装置、冷却装置、中性子発生標的の開発と検証に時間を要したが、H29年度に装置としては完成に近づいた。種々の周辺装置の開発も実施した。治療計画立案に必要な治療計画システムとしては、モンテカルロベースのシステム:ツクバプランを開発し、システムの検証を実施した。加速器開発中は、生物学的基礎実験も行った。ホウ素化合物の腫瘍幹細胞への取り込みに関する知見として、腫瘍幹細胞自体は代謝が遅いため腫瘍化することで18F-BPA取り込みが増大することがわかった。本年度は予定していたビーム調整が遅延しており、中性子照射実験には至らなかった。これまでの成果発表、中性子照射を伴わない生物学的基礎実験にとどまった。つくば国際戦略総合特区における「病院内中性子補足療法のための加速器開発」は進捗がおよそ半年遅延しており、現在まで加速器部分のファーストビームがターゲットまで射出可能であることが確かめられ、今後出力を上げてゆくとともに、中性子生成のためのターゲットの工程に移るところである。平成27年度中に、中性子ビームの射出が可能となる見込みで、物理測定および生物測定を密に行うことで遅延を最小限にする予定である。あわせてアミノ酸PET合成装置の導入、臨床撮像を予定するが、現時点では、メチオニンPETの臨床における倫理審査委員会への提出予定、以後臨床研究を行う予定である。昨年度に引き続き、予定していた中性子線源のビーム生成装置作成が遅延しており、中性子照射実験には至らなかった。これまでの成果発表、中性子照射をともなわない生物学的基礎実験を行うとともに、同様に加速器線源を開発しているノボシビルスクブドカー核物理研究所において細胞実験の一部を天然組成ホウ素を用いて行うことができた。物理的制約から、極めて基礎的な実験で、中性子捕捉反応の有無を確認する程度にとどまっているが、現地で用意したホウ素10濃縮BSH BPA天然組成ホウ酸などでコロニー形成試験を施行し、その結果を得ることができた。中性子ビームがまだ改良途中であり、一定の照射条件が得られないことから、各実験毎にホウ酸をコントロールとして使用することが有用であると考えられた。中性子線源は、これから出力を上げるための手続きその他をおこなっているとのことであり、物理測定および生物学的測定を密に行い、遅延を最小限にする予定である。また、メチオニンPETの合成、臨床撮像の準備がととのい、学内倫理委員会の調整を終えて、28年度には撮像開始となる予定である。実験のための熱中性子源としての原子炉利用が国内で行えていないこと、中性子捕捉療法に利用可能な加速器中性子線源の完成が遅延しているため、ビーム性能評価、生物学的特性の取得いずれも未完である。現在中性子線の射出が確認されており、今後出力を増してゆく予定である。予定していた中性子線源のビーム生成装置作成が遅延しており、中性子照射実験には至らなかった。昨年から継続している中性子照射を用いない生物学的基礎実験を行った。ホウ素化合物の腫瘍幹細胞への取り込みに関する知見として、腫瘍幹細胞自体は代謝が遅いため腫瘍化することでf-BPA取り込みが増大することが確認された。腫瘍幹細胞は悪性腫瘍組織の中で生き残ることにより再発の温床となる。したがって今後腫瘍幹細胞をターゲットとしたDrug Delivery Systemの開発が望まれる。さらに腫瘍細胞内へのホウ素化合物分布を可視的にとらえることに関してPIXE/PIGEsystemを用いて細胞実験および動物実験で腫瘍細胞および腫瘍組織におけるホウ素分布の基礎的知見を得た。昨年から継続して加速器線源を開発しているノボシビルスクブドカー核物理研究所において細胞実験の一部を天然ホウ素化合物を用いて行い、照射条件に関して検討を行った。現時点で病院内併設可能型BNCT用加速器中性子源装置の実証機がほぼ完成し、悪性脳腫瘍に対する第I相治験の実施に向けて、物理特性測定及び生物照射実験(脳腫瘍由来の細胞を用いた)を行い、BNCT用加速器中性子源による治療効果の検証・分析を行う予定である。中性子捕捉療法に利用可能な加速器中性子線源の試作機による検証が遅れているため、加速器中性子源の完成が遅延しており、ビーム性能評価、生物学的特性の取得がいずれも未完である。病院内併設可能型BNCT用加速器中性子源装置実証機がほぼ完成したところであるが、いまだ実験のための熱中性子源としての原子炉利用が国内で行えていない。このため脳腫瘍由来の細胞を用いた生物照射実験ができなかった。本研究開発では、中性子ビームを発生する加速器だけでなく種々の周辺装置の開発も実施した。治療計画の立案に必要な治療計画システムとしては、モンテカルロベースのシステム:ツクバプラン(開発コード名)を開発し、システムの検証を実施した。当該施設で実施したファントム実験をツクバプランで再現してシミュレーションし、適切な線量評価を実施できることを確認した。原子炉施設を使った悪性脳腫瘍に対するBNCTでは、BNCTにX線照射を組み合わせた照射を実施していた。当加速器施設でも同集学的療法を実現できるように、ツクバプランをBNCT(中性子)だけでなくX線照射、陽子線照射による線量評価にも対応できるように機能拡張した。また、モーションキャプチャー技術を応用した患者位置合わせ手法の基盤技術を開発し、試作機も当該施設の治療室内に設置した。加速器開発の遅延のため、生物学的基礎実験、細胞照射実験を施行した。腫瘍細胞内へのホウ素化合物分布を可視的にとらえることに関してPIXE/PIGE

systemを用いて細胞実験および動物実験で腫瘍細胞および腫瘍組織におけるホウ素分布の基礎的知見を得た。昨年から継続して加速器線源を開発しているノボシビルスクブドカー核物理研究所において細胞実験の一部を天然ホウ素化合物を用いて行い、照射条件に関して検討を行った。現時点で病院内併設可能型BNCT用加速器中性子源装置の実証機が完成し、皮膚悪性腫瘍の治験を施行中である。今後は、悪性脳腫瘍に対する第I相治験の実施に向けて、物理特性測定及び生物照射実験(脳腫瘍由来の細胞を用いた)を行い、BNCT用加速器中性子源による治療効果の検証・分析を行う予定である。中性子捕捉療法を、医療として確立するために「原子炉」から「病院内小型加速器」への展開のための総合的研究を行った。小型の加速器の出力を上げるための電源供給装置、冷却装置、中性子発生標的の開発と検証に時間を要したが、H29年度に装置としては完成に近づいた。種々の周辺装置の開発も実施した。治療計画立案に必要な治療計画システムとしては、モンテカルロベースのシステム:ツクバプランを開発し、システムの検証を実施した。加速器開発中は、生物学的基礎実験も行った。ホウ素化合物の腫瘍幹細胞への取り込みに関する知見として、腫瘍幹細胞自体は代謝が遅いため腫瘍化することで18F-BPA取り込みが増大することがわかった。つくば国際戦略総合特区における「病院内中性子補足療法のための加速器開発」は進捗がおよそ半年遅延している。このため、当初予定していた中性子ビーム照射による、ホウ素中性子補足療法における、放射線生物学的検討が不可能であった。ハードウェアの開発工事については、現在までに加速器部分のファーストビームがターゲットまで射出可能であることが確かめられている。今後出力を上げてゆくとともに、中性子生成のためのターゲットの工程に移るところである。昨年度中性子線が利用できなかった分を、ビーム条件が整い次第、物理測定、生物学的測定を並行して密に行うことで遅延を最小限にする予定である。アミノ酸PETについてはほぼ予定通りであり、今後悪性脳腫瘍に対して臨床研究を行う予定である。中性子線が利用できなかったために生じた生物照射実験(脳腫瘍由来細胞を用いた)や物理特性測定実験の遅れを補うために、ビーム条件が整い次第、物理測定、生物学的測定を並行して実験スケジュールを密に行うことで研究を推し進めていく予定である。また、悪性腫瘍に対してアミノ酸PETを用いた臨床研究を行う予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度中に、中性子ビームの射出が可能となる見込みで、ターゲット、線源の物理測定および生物測定を並行して、密に行うことで遅延を最小限にする予定である。あわせてアミノ酸PET合成装置の導入、臨床撮像を予定しているが、現時点では、メチオニンPETの臨床における倫理審査委員会への提出予定、以後臨床研究を行う予定である。こちらの計画は遅延なく進行してゆく予定である。
慢性砒素中毒の症状を規定する因子の解明に関する研究

中国包頭の飲料水を介する慢性砒素中毒フィールドにおいて砒素曝露と皮膚症状について解析したところ、男性において皮膚症状を有するオッズ比が高く、特に色素異常症で顕著だった。また、血液および尿中の化学形態別砒素(無機、モノメチル、ジメチル)測定結果から推定した砒素メチル化能について1stメチル化、2ndメチル化ごとに皮膚症状との関連を検討した。男性が女性に比して2ndメチル化が劣る傾向があった。性差を考慮せずに血液検体から推測した1stメチル化が高く、2ndメチル化が劣る例で皮膚色素異常症の症度が強い傾向があった。同じく尿検体から推測した2ndメチル化の劣る例で、手掌・足底の角化症、皮膚色素異常症の双方の症度が強い傾向があった。性差を調整した上での血液中化学形態別砒素と全皮膚症状の有症に関して、モノメチル砒素が最も高いオッズ比を示し有意であり、次いでジメチル砒素が高いオッズ比を示す傾向があった。すなわち1stメチル化に比して2ndメチル化が劣る結果として、モノメチル砒素が体内に比較的高濃度となる者において砒素関連皮膚症状の程度の高いことが示唆された。特に皮膚色素異常にその傾向が顕著だった。一方、飲料水の改善改水後1年でかなりの症状の改善が見られたものの、その後の改善の度合いは緩慢であった。改善の度合いにメチル化能、砒素排泄能は関連が見られなかった。実験室in vitro実験では、正常ヒト皮膚角化細胞が比較的低濃度(1,4,8マイクロM)の3価無機砒素により増殖活性が亢進し、その亢進に細胞自身が産生するGM-CSFおよびTGF-αが関与することが確認された。また、濃度依存的に娘染色体交換数の増加が見られ発癌への関与が示唆された。マウス膠原線維細胞も低濃度砒素により増殖活性が亢進した。以上より、砒素による角化細胞・線維芽細胞の増殖亢進が皮膚角化症の発現と関連することが示唆された。研究代表者らが1999年より中国内モンゴル包頭で行っている慢性砒素曝露住民のフィールド調査によって知りえた慢性砒素中毒の主症状である皮膚症状の発現の個体差の存在について、実験室における動物実験および培養細胞を用いた研究と現地フィールドでの詳細な観察とを有機的に結びつけて個体差の起こる機序の解明と、最終的には皮膚症状の改善と新たな発症患者の予防、さらに既曝露者の皮膚発癌の予防につなげる知見を得ることを本研究の目的とする。しかし2003年春から中国全土で流行した重症急性呼吸器症候群(SARS)のために、フィールド地域での研究受け入れ機関である地方政府衛生局や防疫所(日本での保健所)が多忙を極め、秋まで対応不能の状態となった。そのため、晩秋になって中国の共同研究者である孫教授と連絡を取り、内モンゴル自治区衛生部および包頭衛生局と交渉しSARS患者の発生が無いことを条件に調査への協力を取り付け、12月9日から13日の日程でフィールドを訪れた。

包頭は我々のグループにより飲料水改善の介入を行っているフィールドであるが、改水後1年でかなりの症状の改善が見られたものの、今回の4年後の観察ではその後の改善の度合いは緩慢であった。来年度の改水5年後の夏季に、先に症状発現に影響を及ぼすことがわかっている砒素のメチル化能による症状改善の度合い、さらに悪性腫瘍の発生の有無を確認することを含めた調査を行うことで現場と調整を図った。また、3月4日から9日まで遼寧省藩陽市の中国医科大学を訪れ、近郊の農村地域での調査を行った。孫教授の研究室をベースとすることにより、培養を伴う検査を行う実験の実施を考えての調査であったが、同地域は地下水飲用によるフッ素中毒が多発するものの砒素中毒は見られなかった。実験室内での研究としては、ヒト・ケラチノサイト細胞を不死化した細胞株HaCaTにおいて低濃度3価無機砒素の添加により増殖が亢進するなど、正常ヒト・ケラチノサイトNHEKと同様な性質を示すことが確認され、低費用にて多くの実験が可能となることがわかった。次年度に、ケラチノサイトの他、メラノサイト、平滑筋細胞などを用い、砒素中毒患者の症状に相当する現象をin vitroで発現させ、症状発現の機序と個体差の発現の解明を目指す。さらに、in vitroにて確認された現象発現にかかわる因子について、砒素中毒患者から得られる検体を用いて確認する予定である。中国包頭の飲料水を介する慢性砒素中毒フィールドにおいて砒素曝露と皮膚症状について解析したところ、男性において皮膚症状を有するオッズ比が高く、特に色素異常症で顕著だった。また、血液および尿中の化学形態別砒素(無機、モノメチル、ジメチル)測定結果から推定した砒素メチル化能について1stメチル化、2ndメチル化ごとに皮膚症状との関連を検討した。男性が女性に比して2ndメチル化が劣る傾向があった。性差を考慮せずに血液検体から推測した1stメチル化が高く、2ndメチル化が劣る例で皮膚色素異常症の症度が強い傾向があった。同じく尿検体から推測した2ndメチル化の劣る例で、手掌・足底の角化症、皮膚色素異常症の双方の症度が強い傾向があった。性差を調整した上での血液中化学形態別砒素と全皮膚症状の有症に関して、モノメチル砒素が最も高いオッズ比を示し有意であり、次いでジメチル砒素が高いオッズ比を示す傾向があった。すなわち1stメチル化に比して2ndメチル化が劣る結果として、モノメチル砒素が体内に比較的高濃度となる者において砒素関連皮膚症状の程度の高いことが示唆された。特に皮膚色素異常にその傾向が顕著だった。一方、飲料水の改善改水後1年でかなりの症状の改善が見られたものの、その後の改善の度合いは緩慢であった。改善の度合いにメチル化能、砒素排泄能は関連が見られなかった。実験室in vitro実験では、正常ヒト皮膚角化細胞が比較的低濃度(1,4,8マイクロM)の3価無機砒素により増殖活性が亢進し、その亢進に細胞自身が産生するGM-CSFおよびTGF-αが関与することが確認された。また、濃度依存的に娘染色体交換数の増加が見られ発癌への関与が示唆された。マウス膠原線維細胞も低濃度砒素により増殖活性が亢進した。以上より、砒素による角化細胞・線維芽細胞の増殖亢進が皮膚角化症の発現と関連することが示唆された。
タンパク質・糖鎖間相互作用の精密解析とタンパク質リモデリングへの応用

糖鎖を介した分子間の認識機構は,生体内で特定の細胞への特異的情報の伝達や,細胞同士の特異的認識の中核であり,その中でレクチン分子はとくに中心的な役割を担っている。レクチンは生理活性タンパク質としても,抗菌活性や抗昆虫活性を示すものがあり,さらに食品機能性成分としても重要である。本研究では,より機能性に優れたレクチンタの創生に向けてリモデリングを行うことを目的にした。本年度は先ず,ナガイモ(Dioscorea batatas)から単離したマンノース及びマルトース結合性レクチンの組換え体を大腸菌で発現した。米糠から単離したキチン結合性レクチンの生化学的性状を解析した。さらにマメ科のアピオス塊茎からリボースに特異性をもった新規のレクチン(ATL)を単離して,糖鎖との相互作用を精密解析した。ATLは,27.5 kDaサブユニットの2量体であり,熱やpHに対する高い安定性を示した。1次構造を解析してホモロジー検察を行ったところ,ハリエニシダ種子レクチンEUIとEUIIに高い相同性がみられた。しかし,これらはそれぞれ,キトビオースとフコースに特異性をもち,さらに他のマメ科植物レクチンでもリボースに特異性をもったものはないことから,ATLは糖鎖認識能の改変を目指すリモデリングにおいてテンプレートとしての活用が期待できる。活性発現に2価の陽イオンを必要としないことも,マメ科植物レクチンにみられない特徴である。またATLがヒト結腸ガン由来培養細胞に対して細胞毒性を持つことを明らかにして,食品機能成分の観点からも重要な知見を得た。レクチンは生理活性タンパク質としても,抗菌活性や抗昆虫活性を示すものがある。本研究では,より機能性に優れたレクチンタの創生に向けてリモデリングを行うことを目的にしており,本年度は,ナガイモ(Dioscorea batatas)のマンノース結合特異性レクチン(DB1)とマルトース結合特異性レクチン(DB3),及び米糠由来キチン結合特異性レクチン(RBL)を単離し,それらの糖鎖認識結合機能をフロンタルアフィニティークロマトグラフィーと表面プラズモン共鳴装置で精密に解析した。また,進化工学的手法によりリモデリングを行うために,抗DB1抗体と抗DB3抗体を使ってDioscorea属におけるレクチンの分布を調べた。この結果に基づきD.alataからはマルトース結合特異性レクチン(DA1)とクラスI酸性キチナーゼ(DA2)を,D.bulbiferaからはマンノース結合特異性レクチン(BU1,BU3)とクラスIII酸性キチナーゼ(BU2)を単離し,ペプチドマッピングとアミノ酸配列分析によって1次構造を比較して7090%の相同性を明らかにした。DB3のα1,4結合グルコースに対する結合定数(KA)は3.23E+06,解離定数(KD)は3.10E-07であり,構成サブユニットも単独で同等の結合活性を持つことを明らかにした。