hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
短時間で脳機能の定量測定が可能な新しいヘルメットPET装置の基礎検討

放射能分布・減弱係数同時推定手法であるMLACF(Maximum Likelihood Attenuation Correction Factor)法では、TOF(Time-of-Flight:飛行時間差)情報を用いることで減弱補正係数の分布形状を推定可能であるが、最終的な定量値に重要な係数を定めるためには、値が既知の領域などの先見情報による制約が理論上必要となる。本研究では、投影データの1方向分の情報が既知であれば精度よく減弱補正係数を推定できることを示した。1方向分の情報は、患者の測定時に、視野内に患者から少し離して既知放射能の点線源を1つ配置し、TOF情報を用いて分離することで求めることが可能である。280 psの時間分解能を持つTOF-MPPCモジュールを用いた実験により、数センチ程度離れていればTOF情報を用いてどちらの放射能分布から放出されたデータであるのか分離可能であることを確認した。また、実際の装置でTOF情報を用いるためには、検出器素子ごとの時間情報のばらつきを補正する必要がある。ヘルメット型PET装置は検出器配置が特殊であるため、通常の円筒型PET装置で行われている校正用線源を用いた補正法を適用することができない。そこで、ヘルメット型PET装置に適した形状の校正用ファントムを開発した。一方、視野内に点線源を配置することで、減弱補正係数を直接測定できるようにはなるが、できることなら追加の線源なしで同様の精度を達成できることが望ましい。そこで、最終年度では、近年注目を集めている深層学習をMLACF法に組み込むことで、同時推定の精度を向上させる手法を提案した。コンピュータ上で作成された脳モデルを使用したシミュレーション検討により、深層学習を用いることで、追加の先見情報なしでも精度よく減弱補正係数が推定でき、最終的なPET画像の定量性が向上することが示された。頭部専用のPET装置であるヘルメットPET装置では、ヘルメット部として頭の形状に合わせたコンパクトな半球状に検出器を配置することによって、頭頂部の感度を大幅に高めることが可能であるのに加え、ヘルメット部以外に追加検出器を配置することで、ヘルメット部だけでは低くなっていた中央部の感度を効率的に高めることが可能である。PET測定において定量測定を行うためには、生体によるガンマ線の減弱を考慮する必要があり、減弱係数の分布を表す減弱マップ、またはPET測定データへの影響度合いを表す減弱補正係数を取得する必要があるが、コンパクトな頭部専用装置に対して、一般的に用いられている減弱補正係数取得のための機構を組み込むことは困難であるため、現状では、別途撮影したCT画像やMRI画像を用いる方法が検討されている。それに対して本研究では、コンパクトな頭部専用装置に対しても組み込みが可能な、シンプルな構成で減弱補正係数を同時推定可能な新しいシステムの検討を行い、シミュレーションによって有効性を確認した。具体的には、これまでは主に全身用PET装置で検討されてきた、PET薬剤分布と減弱補正係数の同時推定法の頭部専用装置への適用可能性を確認した。その際、従来の研究では、PET薬剤分布の視野内の総量などを拘束条件としていたが、実際の測定ではその情報は取得することが困難であるため、視野内に既知の固定点線源を配置することで特定方向の減弱補正係数のみ取得可能なシステムを提案し、一方向のみ減弱補正係数が既知であることを拘束条件とした。そして、検出器のTOF(Time-of-Flight:飛行時間差)情報の精度を変えながら推定誤差を評価した結果、280ps程度の時間分解能があれば、頭部サイズにおいても、減弱補正係数を十分な精度で推定可能であることが示唆された。基礎検討として、まず2DのPET薬剤分布・減弱補正係数同時推定法の開発、及びシミュレーションソフトの実装を進め、TOF情報の利用が同時推定法において重要な役割を果たしていることを確認し、高い時間分解能のPET検出器を用いることで、減弱補正係数を十分な精度で推定可能なことを示した。一方で、ヘルメットPETのジオメトリを構成可能な3次元のモンテカルロシミュレーションソフトウェアの開発も同時に進めており、頭部専用装置としての感度やイメージング性能などの最適化をモンテカルロシミュレーションによって行った。TOFに対応したリストモード画像再構成法の開発やGPUによる高速化にも着手しており、概ね順調に進捗している。今年度は、昨年度ノイズフリーで行った放射能分布・減弱係数分布同時推定手法であるMLACF(Maximum Likelihood Attenuation Correction Factor)法の頭部専用PETへの適用可能性検討に引き続き、統計的なノイズを測定データのであるサイノグラムに加えた検討を2次元画像にて行った。その結果、サイノグラムの空間的な連続性を先見情報として用いることで、推定精度が向上することを示した。また、サイノグラム上のノイズレベルが2025%の場合には、280ps程度以上の時間分解能を有するTOF(Time of Flight:飛行時間差)検出器を用いれば十分であることが示された。また、より現実的な状況での検討を行うために、モンテカルロシミュレーションのツールであるGeant4を用いて、TOF検出器を用いたヘルメット型PET装置の模擬が可能なソフトウェアを開発した。その際、検出器の位置を平易な設定ファイル一つで任意に配置できるようにした。その結果、放医研独自方式の4層DOI検出器を用いてこれまでに開発した径の異なる検出器リング配置のヘルメット型PET装置のほか、全ての検出器が中心に向いた球面配置の装置の模擬など、より効率的な配置を検討することがこれまでと比べて容易にできるようになった。

さらに、画像再構成にも同じ設定ファイルを使用できるように、画像再構成法とそのソフトウェアを開発した結果、モンテカルロシミュレーションから画像再構成までを複雑な検出器配置でも容易に実施可能なイメージングシミュレーションフレームワークが完成した。その際、散乱補正に必要な散乱推定は、従来方を直接適用することが困難であったため、モンテカルロシミュレーション結果と一致するように独自の方法で実装を行った。その結果、任意検出器配置のPETデータを精度良く画像再構成することが可能となった。モンテカルロ法を用いたイメージングシミュレーションフレームワークの開発にあたり、散乱補正のために必要な散乱推定法としてこれまでに開発していた手法をそのまま適用しようとしたが、モンテカルロ法と実際に比較してみると大きな誤差があることが発覚した。主な原因は、ヘルメット型PET装置のように視野に検出器が非常に近い場合、これまでの実装方法では無視できていた計算誤差が、無視できないほど大きくなっていたことであった。またTOF情報を考慮した散乱線推定法も新たに実装する必要があった。そのため、改めての文献調査や試行錯誤を繰り返し、近接配置のヘルメット型PET装置においても高い精度で散乱推定が可能な手法を開発した。この開発に当初の予想よりも時間がかかったため、3次元の同時推定手法の開発着手に遅れが生じた。放射能分布・減弱係数同時推定手法であるMLACF(Maximum Likelihood Attenuation Correction Factor)法では、TOF(Time-of-Flight:飛行時間差)情報を用いることで減弱補正係数の分布形状を推定可能であるが、最終的な定量値に重要な係数を定めるためには、値が既知の領域などの先見情報による制約が理論上必要となる。本研究では、投影データの1方向分の情報が既知であれば精度よく減弱補正係数を推定できることを示した。1方向分の情報は、患者の測定時に、視野内に患者から少し離して既知放射能の点線源を1つ配置し、TOF情報を用いて分離することで求めることが可能である。280 psの時間分解能を持つTOF-MPPCモジュールを用いた実験により、数センチ程度離れていればTOF情報を用いてどちらの放射能分布から放出されたデータであるのか分離可能であることを確認した。また、実際の装置でTOF情報を用いるためには、検出器素子ごとの時間情報のばらつきを補正する必要がある。ヘルメット型PET装置は検出器配置が特殊であるため、通常の円筒型PET装置で行われている校正用線源を用いた補正法を適用することができない。そこで、ヘルメット型PET装置に適した形状の校正用ファントムを開発した。一方、視野内に点線源を配置することで、減弱補正係数を直接測定できるようにはなるが、できることなら追加の線源なしで同様の精度を達成できることが望ましい。そこで、最終年度では、近年注目を集めている深層学習をMLACF法に組み込むことで、同時推定の精度を向上させる手法を提案した。
文化財に使用された彩色材料に関する面的調査法の検討

近年、文化財の科学調査が一般的に行われるようになってきた。しかし文化財は脆弱な材質や構造のものが多く、文化財の科学調査では調査のための作品移動の機会をなるべく少なくし、短時間に非破壊で行うことが求められる。また、これまでは制限がある中で点分析が主流であった。しかし文化財を総合的に理解するには面的な広がりで捉える調査が必要である。特に絵画などの二次元の文化財では、面的な情報を得ることが非常に重要である。そこで本研究では、文化財の科学調査に有効な面的調査法を検討することを目的に、赤外線画像を活用した彩色の面的調査を行ってきた。昨年度までに、以前調査した顔料のカラーチャートと昨年度撮影した染料および合成顔料のカラーチャートの赤外線画像から、顔料・染料を見分ける基準となる赤外線画像の濃淡の違いを押さえることができた。これらの赤外線画像を踏まえ、最終年度である今年度は赤外線画像と彩色材料の成分分析の結果を整理し、赤外線画像の活用に有用なデータをまとめることができた。以上のデータが実際の作品に対して有用であるかを検証するため、これまで香川県指定有形文化財に指定されている高松松平家伝来の「博物図譜」の科学調査を香川県立ミュージアムと共同で研究してきた。その研究成果を踏まえ、今年度は顔料と染料を混合した標準カラーチャートを作成し、赤外線画像と成分分析の結果を比較検討した。実際の作品に即したカラーチャートの標準データを蓄積できたことで、今後の赤外線画像による面的調査の確実性を高められたと考えている。しかし文化財は脆弱な材質、構造のものが多く、移動を伴ったり長時間を要したりする調査は文化財の保存を考える上であまり好ましくない。したがって文化財の科学調査は調査のための作品移動の機会をなるべく少なくし、短時間に非破壊で行うことが求められる。特に絵画などの二次元の文化財では、面的な情報を得ることが作品の性質、保存性、修復作業等において最も必要な事柄の一つだろう。そのためにも文化財に負担を与える事なく簡便に素早く安全に、しかし明確に把握できる面的調査方法の確立が急務である。そこで、本研究では赤外線画像による面的調査を確実にするため、これまで調べた天然顔料だけでなく合成顔料と染料も調査対象に加え、赤外線画像から彩色材料を把握する情報を得るためのデータを蓄積する。また、赤外線画像のみで彩色材料を見極める事はできないので、その他の簡便で非破壊的な調査を組み合わせて、より確実に赤外線画像を解釈できるようなデータをまとめる。以上の研究を進めるために、今年度は天然顔料だけでなく、合成顔料および染料を使用した文化財に対して調査を行った。江戸時代に製作された歴史資料の「博物図譜」を実際に赤外線画像によって面的に捉え、蛍光X線分析で彩色材料を推定した。今回は作品の移動が困難であったため保管先での調査となりさまざまな機材が使えなかったが、赤外線画像と蛍光X線分析の結果を照らし合わせることで、顔料・染料の使い分け、面的な広がりを捉えることができた。実際の文化財の調査結果を踏まえ、来年度は標準となるカラーチャートを作成し、彩色に使用される主な合成顔料および染料の特徴をまとめたいと考えている。今年度は実際の文化財の調査から、彩色材料の基準となる情報を得ることを目的に、合成顔料および染料の調査を進めていった。調査対象範囲を広げるため、九州国立博物館にいる絵画担当の研究員だけでなく、近世史を専門とする研究者とともに、歴史資料の彩色について調査を行うことができた。今年度調査した資料は香川県指定有形文化財に指定されている高松松平家伝来の博物図譜の一部である。この図譜は非常に精緻に描写されており、江戸時代に作られた博物図譜の中でも貴重な作品群として位置づけられる。今年度、香川県立ミュージアムとの共同により、博物図譜の一部を科学調査することができた。その成果を来年度の日本文化財科学会で報告する予定である。この調査では、図譜の彩色についてその特徴を明らかにするために、デジタルカメラ(PENTAX製、中判デジタル一眼レフカメラDFA645)による赤外線撮影で面的な塗りの状況を捉え、簡易型の蛍光X線分析装置(オリンパス製、デルタハンドヘルド蛍光X線分析計Premium、Rh管球、分析ソフトウェア:岩石鉱石モード、型式:DP-4000)により元素を把握し、使用されている彩色材料を推定した。この調査結果から、博物図譜として実際の魚や植物の色に少しでも近づけるため、顔料・染料を使い分け、表現されていることがわかった。顔料・染料の面的な広がりを赤外線画像と蛍光X線分析結果から推測することができた。来年度はこの調査結果をもとに合成顔料・染料について標準となるデータをまとめ、調査結果の解釈をより確実なものとしていきたい。

特に絵画などの二次元の文化財では、面的な情報を得る事が非常に重要である。そこで本研究では文化財の科学調査に面的な手法を導入した有効な調査法を検討する。面的な調査に赤外線画像を活用し、文化財に負担を与える事なく簡便に素早く安全に、そして明確に把握できる面的調査方法の確立を目指す。赤外線画像による彩色材料の面的調査を確実にするため、これまでの天然顔料だけでなく染料と合成顔料も調査対象に加え、赤外線画像から彩色材料を把握するためのデータを蓄積する。また、赤外線画像のみで彩色材料を見極める事はできないので、その他の簡便で非破壊の点分析を組み合わせて、より確実に赤外線画像を解釈できるようなデータをまとめる。以上のデータ集積をもとに、赤外線画像の面的調査の有効性を明らかにすることが目的である。今年度は赤外線画像の面的調査をより確実なものとするために染料および合成顔料の標準となるカラーチャートを作成した。カラーチャートを作成するに当たり、昨年度調査した「博物図譜」の結果をもとに面的調査の解析に必要な彩色材料を選び出した。今回、染料のカラーチャートを作成したことにより、顔料・染料と一通りの彩色材料をそろえることができ、より確実な面的調査を行うことができるようになった。今年度は顔料と染料とで赤外線画像の見え方にどのような違いがあるのかを明らかにするため、標準となる染料のカラーチャートを作成した。使用した染料は臙脂・コチニール・蘇方・紅花・茜・藤黄・黄檗・藍・プルシャンブルーである。それぞれ染料のみと胡粉、鉛白と混ぜたものを帯状に塗った。カラーと赤外線の撮影には非接触大型画像取得装置Niji-H(高精細スキャナ、株式会社サビア製)を使用した。今回、染料のカラーチャートの画像を撮影したことにより、顔料と染料の標準となる赤外線画像を蓄積することができた。染料のカラーチャートにおける赤外線画像は紅花が比較的赤外線を少し吸収する様相を呈し、次いで臙脂・黄檗の順にほんの少し吸収したが、いずれも赤外線を反射し、白く写った。藍とプルシャンブルーは両者ともに赤外線を吸収するが、プルシャンブルーはより黒く写った。以上の結果、顔料に比べて染料は赤外線を反射し、白色を呈する材料が多いことが確認できた。昨年度の調査に引き続き、今年度も様々な彩色材料で詳細に描かれている高松松平家伝来の「博物図譜」を調査対象とした。カラーチャートの赤外線画像と比較するため、高精細スキャナーを使用して均一な光を当てて同じ条件で撮影した。また彩色材料の違いによる赤外線画像の濃淡を解釈するため、非破壊で分析できる蛍光X線分析で彩色材料の成分を測定した。調査の結果、一見同じ色に見えても赤外線画像によって彩色材料の違いを明確に捉えることができた。赤外線画像で面的な広がりを把握し、点分析と組み合わせることで画面全体の彩色材料の状況を知ることができた。近年、文化財の科学調査が一般的に行われるようになってきた。しかし文化財は脆弱な材質、構造のものが多く、移動を伴ったり長時間を要したりする調査は文化財の保存を考える上であまり好ましくない。したがって文化財の科学調査は調査のための作品移動の機会をなるべく少なくし、短時間に非破壊で行うことが求められる。
天然素材の免疫抑制物質の探索とその医薬品への応用

申請者らは冬虫夏草菌の一種Isaria sinclairiiの培養液中に強い免疫抑制活性物質の存在を認め、その活性物質ISPーIが(2S,3S,4R)ー(E)ー2ーaminoー3,4ーdihydroxyー2ーhydroxymethylー14ーoxoeicosー6ーenoicーacidの構造を持つことを明かにした。さらにISPーIとその諸誘導体につき種々の免疫抑制活性および細胞毒性を測定した。それらの結果を下記に列挙する。1)マウス同種リンパ球混合培養反応に対する抑制活性においてISPーIはCsAに比し同等以上の活性を示した。2)ISPーIの13種の誘導体につき同活性を調べた結果、活性発現あるいは活性の上昇には、2位のアミノ基、6位の二重結合および8位から20位の炭素鎖が必要である。さらに14ーdeoxoーISPーI(ISPーIー13)がISPーI自身よりも1桁高い活性を持つことを見い出した。3)ISPーIとISPーIー13について抗羊赤血球抗体産生および細胞傷害性T細胞誘導への抑制効果を調べたところ、ISPーIはCsAよりも100倍、またISPーIー13はISPーIよりもさらに10倍強い抑制効果を示した。4)ISPーIは経口投与によるマウス同種細胞特異抗体産生に対してCsAより100倍強い抑制効果を示した。5)ISPーI誘導体のうち、ISPーIとISPーIー13は培養細胞に対する毒性が最も強いが、CsAよりも弱い。6)CsAはインタ-ロイキンー2(ILー2)などのサイトカイニンの産生を抑制するのに対し、ISPーIはILー2などによるT細胞の分裂増殖を抑制する。従って、両者は異なる作用機序により免疫抑制を発現する。その他、ISPーIを高生産するMycelia sterilia菌の菌体より新たに三種のISPーI類縁体を単離し、それらの構造を明らかにした。このように、ISPーIおよびその同族体はCsAとは異なる作用機序により抑制効果を発現する免疫抑制剤で、今後の実際の移植実験の結果が待たれる。Cordyceps属菌(冬虫夏草菌)及びその不完全菌であるIsaria属菌の各6種ずつにつき種々培養条件を検討すると共に、各々の抽出物につき免疫抑制活性を調べた。これらのうち、I.sinclairiiの抽出物に強い同活性が認められたので、同抽出物につき本科学研究費で購入した分取高速液体クロマトグラフを用いて免疫抑制成分を精査した。その結果、同活性成分としてISPーIを単離することに成功し、各種スペクトルデ-タよりその構造が(2S、3S、4R)ー(E)ー2ーaminoー3、4ーdihydroxyー2ーhydroxyーmethyl-14-oxoeicos-6-enoic acidであることがわかった。本物質はmyriococcum albomycesあるいはmycelia steriliaより単離された抗菌活性物質myriocinと同定された。さらに、ISPーIの13種の誘導体を調製し、構造ー活性相関を検討したところ2位のアミノ基、6位の二重結合及び8位から20位に至る13個の炭素鎖は活性発現に必要であり、一方、14位のカルボニル基は活性発現には必ずしも必要ではないが、カルボニル誘導体はもはや活性を示さないことがわかった。

これらの研究の過程で、14位のカルボニル基がメチレン基に還元された誘導体(ISPーIー13)がISPーI自身よりも1桁高い免疫抑制活性をもつことが明かになった。免疫抑制活性の測定には通常マウス同種リンパ球混合培養反応を用いた。その他、抗羊赤血球抗体産生への抑制効果(体液性免疫に対する抑制効果を反映する)、細胞傷害活性への抑制効果(細胞性免疫に対する抑制効果を反映する)も測定したが、いずれの抑制効果においてもISPーIとISPーIー13はcyclosporin Aと同等かあるいは100倍強い活性を示し、かつ毒性は低いことがわかった。さらに、ISPーIの免疫抑制機構はcyclosporin Aの場合とは異なるという試験的な結果を得ている。従って、ISPーIとその還元体(ISPーIー13)は医薬品として非常に有望であると考えられる。前年度では、ISPーIとその13種の誘導体につき、主にマウス同種リンパ球混合培養反応(MLR)を用いてin vitroにおける免疫抑制活性を調べると共に、ISPーIについてのみ抗羊赤血球抗体産生への抑制効果(体液性免疫に対する抑制効果を反映する)、細胞傷害活性への抑制効果(細胞性免疫に対する抑制効果を反映する)を調べ、サイクロスポリン(CsA)との比較検討を行った。今年度は、MLRに対しISPーIよりも高い活性を示したISPーIー13を始め多くの誘導体につき種々のin vivoにおける免疫抑制効果並びに細胞毒性を調べた。その結果を下記に列挙する。1)ISPーIは、経口投与によりiv vivoにおけるマウス同種細胞傷害性T細胞(allo CTL)誘導およびマウス同種細胞特異抗体(allo Ab)産生に対してCsAより100倍程度強い抑制効果を示した。2)ISPーI誘導体のうち、in vivoにおけるマウスallo CTL誘導に対しISPー13はISPーIよりも10倍強い抑制活性を示した。3)ISPーI誘導体のうち、ISPーIー13は倍養細胞に対する毒性が最も強いが、Csaよりは弱い。次に、ISPーI類の作用機序を検討する目的で、インタ-ロイキンー2(ILー2)およびILー3の生産や応答に対する抑制活性を測定した。その結果、CsAはILー2などのサイトカインの産生を抑制するのに対し、ISPーIはILー2などによるT細胞の分裂増殖を抑制することが判明した。従って両者は免疫抑制の発現に際し異なる作用機序を持つという非常に興味ある事実が明らかとなった。一方、ISPーIよりも高い免疫抑制活性を有する物質を拡索する目的で、ISPーIを高生産するMycelia sterilia菌の代謝産物を検索した。同菌の菌体から新たに3種の物質を単離し、構造を明らかにした。現在それらの免疫抑制活性を調べている。
スーパーサーモンにおけるエネルギー生産機序の解明と普通魚育成への応用

魚類を含む脊椎動物の成長は、成長ホルモン(GH)インシュリン様成長因子(IGF)ーI系により主に制御されている。GH遺伝子組換え魚は短期間で著しく成長するがエネルギー生産のメカニズムについては不明な点が多い。本研究ではGHを過剰生産するGH遺伝子組換えギンザケについてメタボローム解析とミトコンドリア解析を行った。給餌条件では組換え魚の筋肉で解糖系のアクティビティーが変化し、それは栄養状態の影響を受けた。またミトコンドリア機能は、組換え魚である程度亢進していた。以上より組換えの影響は筋肉において顕著で、代謝等を変化させながら高成長に関わるエネルギーを得ていると推察される。魚類の成長は成長ホルモン(GH)ーインシュリン様成長因子(IGF-I)系により主に調節されている。GH組換え魚における代謝産物の動態やエネルギーの生産性に関する知見は少ない。本研究ではGHを過剰発現しているGH組換えスーパーサーモンを用い代謝産物の動態やストレスの影響について検討した。(1)成長ホルモン(GH)遺伝子組換えスーパーサーモンM77系の作出:カナダ水産海洋省のデブリンらにより開発されたオールサーモン発現ベクターOnMTGH1を導入したギンザケ(Oncorhynchus kisutch)M77系をカナダ国立ウエストバンクーバー研究所内の特殊隔離飼育施設で飼育し本実験に使用した。(2)非組換えギンザケ普通魚:スーパーサーモンと比較するため2種類の非組換えギンザケを用いた。一つはカナダ・ブリティッシュコロンビア州、チヘイリス川産のギンザケ1歳魚、もう一方は宮城県内の養鱒場より購入し東北大学大学院農学研究科内で飼育した1歳魚である。(3)普通魚と組換え魚における代謝産物の違い:スーパーサーモンの特徴を把握するため組換え魚と非組換え魚にハンドリングによる生理学的ストレスを与え、代謝産物についてメタボローム解析を行った。その結果、組換え魚の筋肉ではストレスの有無に因らず解糖系が亢進しているがことが分かった。また肝臓ではそれら様相が異なっていた。さらにTCA回路においても両種で若干の違いがあった。(4)化学的ストレスがギンザケに及ぼす影響:代表的抗生物質オキシテトラサイクリンをギンザケに投与し生理状態に及ぼす影響を検討ところ、生体内のレドックス状態が変化し酸化的ストレスが惹起されることが判明した。今後はGH組換え魚の他組織における同様の比較やエネルギー生産に関わる因子の発現状況、ストレスの影響などについてさらに検討する必要がある。魚類の成長は成長ホルモン(GH)ーインシュリン様成長因子によるGH/IGF-I系により調節されている。GH遺伝子組換え魚は短期間で急激な成長を遂げるが、代謝産物の動態の詳細やストレスの影響、さらにエネルギーの生産性に関する知見は少ない。本研究ではGHを過剰発現しているGH組換えスーパーサーモンのエネルギー生産のメカニズムの解明を目指し、ストレスの影響やミトコンドリアの機能について検討した。1,成長ホルモン(GH)遺伝子組換えスーパーサーモンの作出:カナダ水産海洋省のデブリンらにより開発されたオールサーモン発現ベクターOnMTGH1を導入したギンザケ(Oncorhynchus kisutch)M77系をカナダ国立ウエストバンクーバー研究所内の特殊隔離飼育施設で飼育し本実験に使用した。2,非組換えギンザケ普通魚:スーパーサーモンと比較するため2種類の非組換えギンザケを用いた。一つはカナダ・ブリティッシュコロンビア州、チヘイリス川産のギンザケ1歳魚、そしてもう一方は宮城県内の養鱒場より購入し東北大学大学院農学研究科内で飼育した当歳魚である。3,普通魚と組換え魚における代謝産物ついて:スーパーサーモンの特徴を把握するため組換え魚と非組換え魚に生理学的ストレスを与え、代謝産物のメタボローム解析を行った。合わせて食事制限により成長を調節しながら飼育したグループと食事制限後に普通食に切り替えたグループの比較も行った。組換え魚の代謝産物はストレスによる顕著な影響は認められなかった。また組換え魚において食事制限を施し、その後普通食に切り替えても代謝産物のレベルと傾向はあまり変わらないことが分かった。さらに普通魚と組換え魚の組織を用いミトコンドリアの活性についてデータ解析を継続中である。今後はミトコンドリアの機能解析を中心に組換え魚におけるエネルギー生産のメカニズムを検討する必要がある。メタボローム解析により組換え魚と普通魚の代謝産物の動態を比較考察することができた。またミトコンドリアの機能を肝臓と筋肉について解析しているので、次年度は組換え魚におけるエネルギー生産のメカニズムについてさらなる知見が得られるものと考える。【目的】魚類を含む脊椎動物の成長は成長ホルモン(GH)ーインシュリン様成長因子が関与するGH/IGF-I系により調節されている。GH遺伝子組換え魚は短期間で急激な成長を遂げ、また市場投入が近いとの報道がされているが、代謝産物の動態の詳細やエネルギーの生産性に関する知見は少ない。本研究ではGHを過剰発現しているGH組換えスーパーサーモンのミトコンドリアの機能について検討した。【方法】(1)成長ホルモン(GH)遺伝子組換えスーパーサーモンの作出:カナダ水産海洋省のDevlinらによるオールサーモン発現ベクターOnMTGH1を導入したギンザケM77系をカナダ国立ウエストバンクーバー研究所内の特殊隔離飼育施設で飼育し、本実験に使用した。(2)普通魚と組換え魚における代謝産物:スーパーサーモンの特徴を把握するため組換え魚と非組換え

魚に栄養学的なストレスを与え、キャピラリー電気泳動ー質量分析計(アジレント社)により代謝産物のメタボローム解析を行った。(3)ミトコンドリアの機能解析:細切した組織を用いて高感度酸素電極を備えたミトコンドリア呼吸活性測定装置により機能を評価した。【結果および考察】組換え魚において食事制限を施したグループでは制限していないグループに比べ組換えによる影響がより強く認められた。また絶食・再給餌しても傾向は再給餌前と似ていた。普通魚と組換え魚の組織を用いミトコンドリアの活性について解析したところ普通魚と組換え魚ではその活性に若干の差異が認められたが、大きな違いはなかった。今後はミトコンドリアの機能とGHレベルとの関係についてより詳細な解析をすることで、スーパーサーモンにおけるエネルギー産生メカニズムの解明が期待される。魚類を含む脊椎動物の成長は、成長ホルモン(GH)インシュリン様成長因子(IGF)ーI系により主に制御されている。GH遺伝子組換え魚は短期間で著しく成長するがエネルギー生産のメカニズムについては不明な点が多い。本研究ではGHを過剰生産するGH遺伝子組換えギンザケについてメタボローム解析とミトコンドリア解析を行った。給餌条件では組換え魚の筋肉で解糖系のアクティビティーが変化し、それは栄養状態の影響を受けた。またミトコンドリア機能は、組換え魚である程度亢進していた。以上より組換えの影響は筋肉において顕著で、代謝等を変化させながら高成長に関わるエネルギーを得ていると推察される。ストレスを与えたGH組換え魚における代謝産物の消長の一部をメタボローム解析により明らかにできた。この結果を基にエネルギー生産に関わる因子の絞り込みがある程度可能になり、次年度の研究の展開が期待できる。現在のところ研究計画に大きな変更はない。前年度得られたデータをさらに解析し、普通魚と組換え魚におけるエネルギー生産の類似点および相違点について検討する。農学計画に大きな変更はない。前年度得られた結果を基にさらに解析を進める。またエネルギー生産に大きくかかわる細胞内器官ミトコンドリアの機能についても検討し、組織化学的な吟味を行って非組換え魚との違いを理解する。海外研究協力者と実験を行うためカナダの国立研究所に滞在したが、当初の予定より期間を短縮したため旅費の支出が少なくて済んだことが未使用額が生じた大きな理由である。次年度は海外における成果発表の機会があるので、繰り越し分はその旅費に充当したいと考えている。
管理型自己組織化ネットワークアーキテクチャの確立

管理型自己組織化制御機構に関して、論文の投稿を行って受理され、発表予定である。この論文は、自己組織型システムに対してコントローラを導入し、システムを外部から観測、制御することにより所望の状態へと誘導する。ポテンシャルルーティングを題材として、一つの外部コントローラにより低コストで収束性の向上を行う低次元近似モデルを用いた制御手法を提案し、シミュレーションを通して、少ない計算・通信コストで収束速度が向上することを示している。また、より大規模なネットワークへの適用に向け、先述の手法を発展させ階層型の手法について研究を行い、国内研究会、および国際会議で口頭発表を行うと共に、論文の投稿を行った。この論文では、ポテンシャルルーティングを題材とし、ネットワークを複数に分割し、複数の外部コントローラによる階層的な制御を行う階層型手法を提案している。シミュレーションを通して、階層型制御機構を用いた際に、先述の手法を用いた場合と同様の定常状態へと収束が可能であることを示した。また、先述の手法と比較して、ほぼ同等の収束速度を達成しつつ、制御に要する計算コストを大幅に削減可能であることを示した。さらに、ネットワークセキュリティに関して、生物の環境適応性に基づくぜい弱性スキャン検知に関して研究を行い、国内研究会、および国際会議で口頭発表を行い、また、論文を執筆中である。この研究においては、Web攻撃の多様化により重要な課題となっている攻撃の自動識別について検討を行っている。特に、攻撃の準備動作であるぜい弱性スキャンの識別を行うために、ぜい弱性スキャンと類似した性質を持つクローラの識別に対し、多量かつ多様なデータの扱いに長けた生物の仕組みに着想を得たクラスタリング手法の適用を行った。実データを用いた実験を通して、従来の手法と比較して高い精度での識別が可能であることを示した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
NK-T細胞の分化と免疫系制御で働く分子の同定

aly/alyマウスに続き、NK-T細胞の分化異常マウス(SL/Kh)を発見した。SL/KhマウスのNK-T細胞はCD40^<high>,NK1.1^-,Ly49C/I^-ステージで分化停止を示したが、IL-15、T-bet、CD1d発現に異常は認められなかった。次に、NK-T細胞に脂質抗原を提示する樹状細胞(DC)について研究を進め、まずケモカインが従来考えられていた以上の多彩な機能をDCに示すことを明らかにした(Blood 2002;2003;Int.Immunol.2005)。また、DCのTh1/Th2誘導能を修飾する種々の方法を開発・報告した(Immunology 2003a,b,c)。DCの産生サイトカインに関与するシグナル伝達分子の違いについても報告した(Immunology 2006;J.Immunol.印刷中)。特にDCとNK-T細胞間で、サイトカインを介する負のフィードバック機構が働くことを発見し、これを応用して生体内で抗腫瘍免疫増強に成功した(Blood 2005)。この発見はマスコミにも取り上げられた。さらに、NK-T細胞がオステオポンチンを産生して肝炎を増悪すること(Immunity 2004)、ぶどう膜炎モデル(EAU)においてもオステオポンチンが増悪因子として働くことを明らかにした(J.Immunol.印刷中)。一方、コラーゲン誘導関節炎モデルおいては、NK-T細胞は関節炎発症抑制機能を示した(Int.J.Mol.Med.2006)。実際、ヒト反復性多発性軟骨炎、ウェゲナー肉芽腫症などでは、NK-T細胞が減少するとともに、Th1にシフトしていることを発見した(Clin.Exp.Immunol.2004)。動脈硬化症モデルでは、NK-T細胞はCD1dに提示された変性脂質(LDL)抗原に反応してIFN-γを産生し、動脈硬化増悪に関与することを発見した(Blood 2004)。実際、動脈硬化病巣にNK-T細胞を同定した。これらNK-T細胞は、感染による動脈硬化症悪化にも関与することが判明した。N-T細胞の中には、自己抗原反応性レセプター(TCR)を発現する亜群が存在する。事実、NK-T細胞は自己未熟胸腺細胞を傷害することが判明している。今年度は、NK-T細胞の示す自己抗原反応性の詳細,を解明するため,同系樹状細胞に対する混合リンパ球反応(syngeneic mixed lymphocyte reaction, SMLR)を用い、反応性に増殖するリンパ球亜群を解析した。その結果、SMLRの始動にはCP4^+T細胞が必須だが、主として増殖するのはCD8^+T紳胞であること、NK-T細胞もSMLRで増殖すること、NK-T細胞の増殖はCD8^+T細胞のものと拮抗することを明らかにした。これは、SMLRの系では、増殖因子としてIL-2が重要であり、IL-2を巡って多くのリンパ球亜群間の競合があるためと考えられた。次に、NK-T細胞が異種の補体に対して、特異的に感受性亢進を示すことが判明した。抗体を持たないTCRトランスジェニックRAG-/-

マウスでは、NK-T細胞は補体感受性を示さないこと、正常マウスのNK-T細胞上に自己抗体分子が検出されたことから、そのメカニズムとして、生体内において既にNK-T細胞上に自己抗体が結合しており、そのため強力な異種補体の存在下で、NK-T細胞が融解すると考えられた。他のリンパ球にこのような現象が認められないのは、NK-T細胞のみが自己反応性を示し、近傍の抗体産生細胞を巻き込んだ形で自己抗体産生を誘導するためと現在考えている。この現象は、自己免疫自然発症系マウスで加齢とともに認められるNK-T細胞数減少と関連するものと考えられた。今年度はまた、SMLRでNK-T細胞との相互反応性を示す樹状細胞の機能に関わる分子を解析し、ケモカインが樹状細胞の走化性のみならず、樹状突起伸長、エンドサイトーシス亢進を誘導することを初めて明らかにした。前年度、生体内でNK-T細胞に特異的自己抗体が結合することを発見し、このような自己抗体産生は、NK-T細胞の自己反応性に起因することを提唱した。しかし、同様の現象が、OVA特異的、I-A^d拘束性T細胞レセプター(TCR)トランスジェニックマウス(DO10)でも認められ、B細胞、抗体の存在しないRAG-/-/DO10マウスでは認められないことが判明した。DO10は我々が報告した、NK-T細胞がMHCクラスII拘束性TCR(KJ1-26^+)を発現する世界で唯一のマウス系である。従って、KJ1-26^+NK-T特異的自己抗体産生を単純にNK-T細胞の自己反応性で説明できない。今年度はこの一見不思議な現象のメカニズムを解明するために、KJ1-26^+NK-T細胞と、KJ1-26^+メインストリームT細胞の反応性を比較・解析した。その結果、驚くべきことにKJ1-26^+NK-T細胞が、OVAと同時にCD1d分子にも反応性を示すことが判明した。またこれらの反応性をKJ1-26^+メインストリームT細胞のものと比べると、NK-T細胞はCD1dにはより強く、OVAとI-A^dには弱く反応した。これらの結果は、非多形性CD1dに対する自己反応性によって、NK-Tへ分化するか、メインストリームT細胞に分化するかが決定されることを示す。実際、種々のH-2、クラスI-/-、クラスII-/-マウスをドナー、またはホストにした骨髄キメラの解析から、KJ1-26^+NK-T細胞は造血細胞上のCD1d分子によって正の選択を受けることが判明した。KJ1-26^+NK-T細胞と、メインストリームT細胞の反応差を規定する分子の解明は、今後の重要課題である。次に、NK-T細胞が動脈硬化促進的に働くことを明らかにし、NK-T異常を示す新規マウスを発見した。また、前年に引き続き、NK-T細胞と樹状細胞の反応を解析するため、樹状細胞の機能を制御する戦略を開発した。NK-T細胞は脂質代謝の中心的臓器である肝臓に多く分布すること、またNK-T細胞はメインストリームT細胞が認識するペプチド抗原ではなく、疎水性脂質抗原をCD1d拘束性に認識することが、これまでの研究で判明した。近年動脈硬化症の病態が、血管壁における炎症によって進展することが広く認識されてきた。従って、脂質抗原に反応するNK-T細胞が、動脈硬化症病巣形成に何らかの役割を果たすことが、強く示唆された。今年度は、種々の実験システムを用い、NK-T細胞が動脈硬化症促進的に働くことを明らかにした(Blood 104,2051,2004の表紙を飾る)。すなわち、正常B6マウスと、B6背景のCD1dノックアウト(KO)
幕末関東剣術流派伝播形態の研究

1700年代後半から1800年代にかけて関東地方に勃興した剣術新流派は、それまでの「形」打ちを中心とする剣術流派に代わって、防具を着用し竹刀で打突し合う竹刀打ち剣術を生み出し、打込み稽古法という新しい稽古法を出現させた。そして、この教習形態の改革は打突を実体験できるとともに、打たれても安全なことから他流試合を可能にし、流派の壁を越えて剣術を競技化・スポーツ化させていった。本研究は、こうした剣術の競技化・スポーツ化の過程を明らかにするために、以下の事項を検討したものである。1.1700年代後半から1800年代にかけて勃興した剣術新流派の明治20年代前半における流派の勢力分布を明らかにすること2.幕末から明治20年代前半までの剣術流派伝播形態の特徴を明らかにすること3.明治20年代前半における東京並びに警視庁における剣術流派の勢力分布を明らかにすること4.明治前半期の勢力分布でも明らかなように、他流派に先がけて防具を着用し、竹刀で打突し合う、打ち込み稽古法を最新に採用した「直心影流」の成立過程を明らかにし、関係史料を提示することただし、直心影流はじめ個々の剣術新流派を調査する過程で、これらの流派が関東地方のみならず急速に全国へ伝播していることがわかり、当初予想をはるかにこえる大部なものとなってしまった。したがって、こでは時間的にも経費的にも十分史料批判ができなかったので、直心影流の成立過程のみを概観し、関連する史料を紹介する程度にまとめることとした。1700年代から1800年代にかけて関東地方に勃興した剣術新流派は、それまでの形打ちを中心とする剣術流派に代わって防具を着用し竹刀で打突しあう竹刀打ち剣術を生み出し、打ち込み稽古法という新しい稽古法を出現させた。そして、この竹刀打ち剣術は、他流試合を可能にし、流派の壁を越えて在来の剣術を競技化・スポーツ化させていった。しかしながら、一口に在来の剣術の競技化・スポーツ化といっても、例えば、いつ誰れが、どのような理由で防具を使いはじめたのか。防具を用いることにより、それまでの形打ちの技術はどのように変化し、技の体系はどのように変わっていったのか。また、いつどの流派が他流試合をはじめたのか。その時の約束事(ルール)は如何なる内容のものであったのか等、実証的に明らかにしなければならない問題は山積されている。そこでまず、流派の枠をこえて近代的な剣道ができ上がってくる以前、明治20年代までの剣術流派の勢力分布を探り、しかも、いち早く防具を着用し、竹刀打ち込み稽古を始めた直心影流が江戸で勢力を拡大し、各地へ広まった流派であったことから、江戸を中心とした関東をまず視野においた。そして、より早くに竹刀打ち剣術を採用した流派は、それだけ教線拡張にのりだすのも早く、より広い地域に広がっていたであろうという仮説を立て、どの流派が有力流派として明治20年代まで勢力を保持・拡大していたのかを明らかにし、その伝播形態をみるための作業仮説(序章)を提示することから始めることとした。その結果、直心影流や神道無念流のように関東一円のみならず全国各地へも広がっていった流派と、関東の一地域にしか広まらなかった地域性の強い念流・霞新流などがあり、それら個々の流派の伝播形態を実証することが次ぎなる課題としてもち上がってきた。

本研究は、こうした剣術の競技化・スポーツ化の過程を明らかにするために、以下の事項を検討したものである。1.1700年代後半から1800年代にかけて勃興した剣術新流派の明治20年代前半における流派の勢力分布を明らかにすること2.幕末から明治20年代前半までの剣術流派伝播形態の特徴を明らかにすること3.明治20年代前半における東京並びに警視庁における剣術流派の勢力分布を明らかにすること4.明治前半期の勢力分布でも明らかなように、他流派に先がけて防具を着用し、竹刀で打突し合う、打ち込み稽古法を最初に採用した「直心影流」の成立過程を明らかにし、関係史料を提示することただし、直心影流はじめ個々の剣術新流派を調査する過程で、これらの流派が関東地方のみならず急速に全国へ伝播していることがわかり、当初予想をはるかにこえる大部なものとなってしまった。したがって、ここでは時間的にも経費的にも十分史料批判ができなかったので、直心影流の成立過程のみを概観し、関連する史料を紹介する程度にまとめることとした。
磁気光学リング共振器を用いた超小型高速光スイッチの研究

磁気光学材料(磁場印加で屈折率が変化する)を用いたリング共振器光スイッチを提案した。入力した直線偏光は,右回りと左回りの円偏光に分解して考えることができる。磁場を印加すると、右・左回転円偏光それぞれに対する屈折率変化の符号が異なるため、共振特性は2つのピークに分裂する。Bi置換Y_3Fe_5O_<12>膜を用いると10dB以上のスイッチングゲインが期待できることがシミュレーションにより確認された。このデバイスの特徴は、入力光の偏光面によらず(TE波でもTM波でも)ほぼ同じ共振スプリット特性が得られるため、集積化が難しい偏光素子が不要なこと、および電流駆動のため低電圧動作が可能なことである。磁気光学効果の大きいBi_3Fe_5O_<12>(以降BIG)を用い、18turnの直径1μmの銅線コイルで磁場を発生した場合、40mV、1mAで直径10μmのリングスイッチを駆動できることが試算された。動作速度は磁区の反転速度で決まり、その時間は10^<-2>ms程度と報告されているので動作周波数は100MHz程度と速くはない。BIG膜をRFスパッタ法により作製した。室温で作製したアモルファスBIG膜をレジストプロセスとウェットエッチングにより光導波路に加工し光伝播損失を測定した結果約100dB/cmを得た。BIGの光伝播損失が大きいのでSi導波路を直列に接続した試料を作製し、磁場を導波路方向に印加しファラデー効、果を測定した。0.2Tの磁場印加によって光(波長1.5μm)強度が約3.2%変化した。この値からファラデー回転角として363deg/cmが得られた。この値は単結晶薄膜の約1/28である。一方ファラデー効果性能指数=ファラデー回転角(deg/cm)/吸収損失(dB/cm)として3.64(deg/dB)が得られた。この値は単結晶薄膜の約1/30の値である。室温で形成したアモルファス膜で比較的大きな磁気光学効果が得られたことから、光配線LSIの金属配線層の上層に磁気光学効果光スイッチを作製できる見通しが得られた。今後リング共振器を試作しスイッチ動作を実証したい。本年度の研究計画は、以下の通りであった。1.高性能リング共振器構造の設計とスイッチング特性のシミュレーション2.磁気光学材料の製法の開発3.偏光角の磁場依存性と磁気光学材料組成、結晶性、製法との関係を明らかにする。上記の内、1.については、ファラデー効果を用いたリング共振器は、これまでに報告がないので、基本特性のシミュレーションから研究を始めた。通常のリング共振器において、何がスイッチング速度を支配するのかを、現有の光デバイスシミュレータと解析式を用いて調べた。その結果、リングの共振急峻性は、結合する導波路との結合係数およびリング導波路の伝播損失に大きく依存することを、定量的に明らかにした。この関係は、電気光学材料を用いた場合でも、磁気光学材料を用いた場合でも本質的な違いはない。スイッチング速度は、光がリング内を周回する速さで決まり、十ミクロンオーダの半径のリングでは、数十GHzのオーダであることを明らかにした。これらの結果は、2005年春の応用物理学会にて報告した。2.については、現有の真空装置に、本研究設備備品費により購入した3インチスパッタ源を取り付け、高周波スパッタリング装置を立ち上げた。スパッタ材料としてY_3Fe_5O_<12>(YIG)の予備実験を開始したところである。3.については、手持ちの部品(偏光子および直流磁場発生用コイル)を用いて、磁場印加偏光測定装置を立ち上げた。平成17年度は、立ち上げたこれらの装置を用いて、本格的な実験を行う予定である。本研究では、限界を迎えつつある金属配線のスピードを凌駕する「光配線LSI」用の超小型高速スイッチとして、ファラデー効果を利用したリング共振器型光スイッチを開発する。17年度は、リング共振器型光スイッチの構造を決定し、その特性を定量的にシミュレーションし、ス一チングゲイン、消費電力、動作速度を推定した(ベルギーでの国際会議にて報告)。高周波スパッタ装置を用いて、磁気光学材料Bi_3Fe_5O_<12>(BIG)薄膜を作製する技術を開発した。また、偏光角の磁場依存性を測定する装置を開発し、BIG薄膜の磁気光学効果を観測した。BIG膜は、アルゴンと酸素の混合ガス中で、BIGターゲットをシリコン酸化膜基板上にスパッタすることにより作製した。基板温度が500°C以下ではアモルファスの薄膜が形成され、これ以上の温度で多結晶の薄膜が成長する。まず、アモルファス薄膜を形成し、これを化学溶液でエッチングすることにより光導波路を形成する技術を開発した。アモルファスBIG膜は、希釈塩酸で容易にエッチングできることを見出し、これによって光導波路を形成した。しかし、アモルファスBIG膜は400nm-1500nmの波長の光を導波しないことが分かった。そこで、まず提案光スイッチの動作実証を行うために、高品質な結晶が得られる可能性のある、単結晶MgO及びGGG(ガドリニウムガリウムガーネット)基板上にBIG薄膜を形成しその結晶性を調べた。その結果、GGG基板上のBIG薄膜が最も配向性が良く、また表面粗さも少ないことが分かった。

また、その膜において、磁気光学効果を観測することができた。これらの成果は、2006年春の応用物理学会にて発表した。次年度は、この膜を用いて光スイッチデバイスを試作・評価する予定である。磁気光学材料(磁場印加で屈折率が変化する)を用いたリング共振器光スイッチを提案した。入力した直線偏光は,右回りと左回りの円偏光に分解して考えることができる。磁場を印加すると、右・左回転円偏光それぞれに対する屈折率変化の符号が異なるため、共振特性は2つのピークに分裂する。Bi置換Y_3Fe_5O_<12>膜を用いると10dB以上のスイッチングゲインが期待できることがシミュレーションにより確認された。このデバイスの特徴は、入力光の偏光面によらず(TE波でもTM波でも)ほぼ同じ共振スプリット特性が得られるため、集積化が難しい偏光素子が不要なこと、および電流駆動のため低電圧動作が可能なことである。磁気光学効果の大きいBi_3Fe_5O_<12>(以降BIG)を用い、18turnの直径1μmの銅線コイルで磁場を発生した場合、40mV、1mAで直径10μmのリングスイッチを駆動できることが試算された。動作速度は磁区の反転速度で決まり、その時間は10^<-2>ms程度と報告されているので動作周波数は100MHz程度と速くはない。BIG膜をRFスパッタ法により作製した。室温で作製したアモルファスBIG膜をレジストプロセスとウェットエッチングにより光導波路に加工し光伝播損失を測定した結果約100dB/cmを得た。BIGの光伝播損失が大きいのでSi導波路を直列に接続した試料を作製し、磁場を導波路方向に印加しファラデー効、果を測定した。0.2Tの磁場印加によって光(波長1.5μm)強度が約3.2%変化した。この値からファラデー回転角として363deg/cmが得られた。この値は単結晶薄膜の約1/28である。一方ファラデー効果性能指数=ファラデー回転角(deg/cm)/吸収損失(dB/cm)として3.64(deg/dB)が得られた。この値は単結晶薄膜の約1/30の値である。室温で形成したアモルファス膜で比較的大きな磁気光学効果が得られたことから、光配線LSIの金属配線層の上層に磁気光学効果光スイッチを作製できる見通しが得られた。今後リング共振器を試作しスイッチ動作を実証したい。
脳のリポタンパクレセプター機能と異常

VLDLRとApoER2をそれぞれ単独で欠損するマウスでは脳神経系の発達にほとんど異常は示さないが、両受容体を欠損するダブルノックアウト(DKO)マウスでは小脳性運動失調を特徴とする振戦・よろめき歩行を示し、reelerマウスと呼ばれる神経変異マウスに酷似した表現型を示した。すなわち、脳神経系においてVLDLRとApoER2は神経細胞の移動及び配置決定を制御する分子であるリーリンの受容体としても機能していることが明らかとなった。アポEの脳内における機能及びアルツハイマー病発症における役割を解析する目的で、アポE/VLDLR/ApoER2を欠損するトリプルノックアウト(TKO)マウスを作製した。TKOマウスではDKOマウスよりも脳層構造の形成異常が更に亢進しており、ほぼ生後3週間以内に死亡する。一方、DKOマウスではreelerやyotariマウスと同様に海馬CA1領域の錐体細胞層が2層に分離しているが、TKOマウスでは1層に回復していた。これらの結果はアポEが脳神経系の発達、特に海馬CA1領域において重要な役割を演じていることを示した。また、DKOマウス脳内ではタウ蛋白が高度にリン酸化を受けているが、TKOマウスでも同様な高度なリン酸化が検出された。これに伴ってSer9部位のリン酸化によるGSK-3βinactivationの増加が観察された。これ以外のタウ蛋白・キナーゼであるMAPK、p35CDK5 regulatory subunit、SAPK/JNKまたタウ蛋白・フォスファターゼのPP2Aには変化は認められなかった。ところで、タウ蛋白はグルコース飢餓やヒートショックなどのストレスによって一過性に高度リン酸化を受けることが知られている。最近、我々はこのストレスに誘導されるタウ蛋白の高度リン酸化が大脳皮質や海馬においてApoER2及びLDLR依存的に起こることをノックアウトマウスを用いた解析から発見した。すなわち、ApoER2及びLDLRノックアウトマウスでは野生型マウスと比較して、ストレスに対するタウ蛋白のリン酸化に著しい抵抗性と脳内部位特異性を示した。
シアノ基架橋多次元骨格金属錯体ホストの構造とゲスト分子の動的挙動に関する基礎研究

本研究は、金属イオンと架橋配位アミノ基より形成された多次元骨格構造金属錯体ホスト包接体の構造とその内部にあるゲスト分子の運動に関し知見を得ることを目的に、^2H-NMRとX線回析法を主要手法としておこなった。得られた結果を以下に列挙する。1.広い分子運動モードに対応した^2H-NMR粉末パターン解析プログラムを開発した。2.[Cd(CN)(dmen)_2]_2[Cd(CN)_4]ベンゼン包接体を用い、まだ十分な知見の得られていなかったベンゼン分子の面外運動の熱的活性化過程を明らかにした。また、金属錯体ホストの一部にも分子運動が存在することを示した。3.[N(CH_3)_4][Cd_3(CN)_7]ホストのベンゼン、トルエン、エチルベンゼンの各包接体について各ゲスト分子運動を明らかにし、キャビティ構造、ゲスト分子構造と分子運動モードとの関係を明らかにするとともに、脱ゲスト分解過程のゲスト分子の動的挙動を明らかにした。また、基本的な分子運動モードと、それらの組み合わせによる複雑な運動モード組み立ての手順と解析手法を提示した。4.[S(CH_3)_3][Cd_3(CN)_7]・p-キシレン包接体においてゲスト分子運動モードの変化とホスト構造の変化が共同して起こる相転移を見出した。5.Cd(NH_3)_2Ni(CN)_4、Cd(en)Ni(CN)_4ホストのピロール包接体について調べた。無極性のベンゼン包接体との比較から、極性のあるピロールの場合には、ベンゼンと同様な分子運動がありながら配向性が保たれていること、及びホストとの共同効果の結果と考えられる相転移があることを見出した。今後は、ゲスト分子運動の、2、3に示したような単なる熱的活性化現象ではなく、4、5のようなホストとの相互作用が共同効果として発現するような現象が主要な研究対象となろう。[N(CH_3)_4][Cd_3(CN)_7]、Cb(CN)_2、[N(CH_3)_4][CdCu(CN)_4]では、rigidなホスト内にいろいろなタイプのゲストが包接されるので、一定の環境下での、それぞれのゲストの個性を発揮した動的挙動が観測されている。例えば、[N(CH_3)_4][Cd_3(CN)_7]ホストではゲストとして芳香族誘導体を用いたが、側鎖のないゲストでは芳香環の面内回転運動が主体であるが、側鎖のあるゲストでは第一に芳香環の面外方向の運動が支配的で、第二に面内の再配向運動が付随して起こる。Cd(NH_3)_2Ni(CN)_4アニリン包接体においてはゲスト運動の温度依存性が観測されているが、それはゲストのdisorder状態を含めたホスト構造変化の温度依存性を強く反映したものである。これは非極性のゲストであるベンゼンを包接した時とはまったく異なる現象であり、極性ゲストを包接した効果がきわめて顕著に現れた一例と考えられる。また、Cd(NH_3)_2Ni(CN)_4ホストにおいては、他の極性ゲストであるピロールでも試みているが、アニリンとも、ベンゼンとも異なる動的挙動を持つことが観測されている。来年度以降、NMRの詳細な定量的解析を行うと同時に、X線回析法からのデータの集積をはかり、総合的な解釈を進めていく予定である。