hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小中段階のボール運動のゲームパフォーマンスのスタンダード開発

ベースボール型に関しては、移動を伴う捕球、最短距離で移動する技能、タイミングよく塁上に入る技能、送球先の意思決定、守備機会に基本位置につく技能、ベースカバーに入る技能、進塁先のベースカバーに入る技能等は、2学年終了時におおむねの生徒に習得させることが期待できる技能であることが示唆された。いずれにおいても、クラスの70%の生徒が通過できる達成率を実態に合わせて修正する必要性並びに試行数を十分確保する必要があることが示唆された。体育の授業の質保証は、国際的な関心事となっている。本課題では、小中学校のゴール型、ネット型、ベースボール型の授業で期待できるゲームパフォーマンスのスタンダードの開発に取り組んだ。分析カテゴリーは、日本の学習指導要領の記述を踏まえて作成した。また、分析に際しては観察者間の一致率を80%以上とした。ゴール型では、中学生に期待する成功率を70%とした場合、パスやパスの状況判断、サポートについては、男女ともにそれを達成、あるいはおおむね達成することが可能であった。しかし、シュートやキープに関しては、その達成が困難であった。また、得点に関連したサポートやパスについても、70%を達成することは、困難であった。ネット型ではレシーブの動作やトスに関する動作、アタックに関する動作等は、70%の基準を超えた。しかし、アタカーの打ちやすいトスを上げることは、70%を達達成することは困難であった。ベースボール型では中学1年生では判断に関しては、おおむねの生徒が70%の達成基準を超えることが可能であった。しかし、捕球や送球、バックアップ等のボールを持たない時の動きやランニングに関しては、70%を達成することは困難であった。総じて、ゲーム中の試行数や成功数を増やすことを意図した修正されたゲームを活用することや単元時数確保の必要性が示唆された。また、個々のゲームパフォーマンスに応じて期待するパフォーマンススタンダードを設定する必要性も示唆された。授業に関しては、特にゴール型において天候の影響を受け、予定していた単元時数を展開できない状態が出ている。また、震災、インフルエンザ等の影響もあり、授業時数の確保と同時に継続して授業に参加した生徒のデータ確保が困難なケースが見られるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在は、期待できるパフォーマンススタンダードを作成するための実態調査を行っている状態である。他方で、仮設定している70%の成功率については、現実に即して修正する必要があることが示唆されてきた。また、達成できない原因を検討していくことで,授業改善に必要な示唆が期待できる。これらについては、今後の検討課題としたい。他方で、屋外で実施する授業に関しては、天候の影響が大きく、計画していた時間数の確保が困難なケースがみられる。これは、学校教育における授業の質保証という観点からみて問題であり、カリキュラム上の工夫を加えるにしても、今後は、体育の授業の実施条件の整備を進める必要性を示唆するものである。
母性看護学・助産学領域における教育教材の開発

本研究は妊娠経過に伴う胎児の発育過程と胎内環境、分娩機転、胎盤剥離機転、異常分娩時の母児の状況等を可視化できる三次元的な教材の開発を試みたものである。平成12年度には、その基礎的データを得るために助産学教育を受けた学生が講義・演習・助産実習を通して周産期の事象をどの程度イメージ化できているのか、また、イメージ化が困難な現象にはどのようなものがあるのかを明らかにし、さらに現行の教育背景との関連を検討することを目的に自記式質問紙調査を実施した。平成13年度はこの結果を踏まえ、コンピュータ上で母体内現象を可視化し、疑似体験できる教育教材の開発を行った。さらに平成14年はこの教材の教育効果に関する実証的研究を行った。可視化する方法としては、バーチャルリアリティの技術を用いて周産期の事象を擬似的にコンピュータ上で作成し、インターラクティブに体験できるようにした。すなわち、母体腹壁、子宮、骨盤、膣壁などを三次元的にモデル化し、これらの器官を正中で左右に分け、それぞれ半透明、透明に表示することを可能にし、さらにマウスを用いて視点を指示し、周産期の事象を直視下で任意の方向から観察できるようにした。さらに、分娩の進行状況、分娩介助なども、納得できるまで反復学習でき、周産期のさまざまな事象が極めて容易に理解できるように工夫した。可視化した具体的な内容は、胎児・母体循環、胎児の運動、胎位・胎向・胎勢、分娩経過(子宮収縮と胎児環境、胎児心拍数モニタリング、破水、胎児の回旋、軟産道、胎盤剥離)などである。この教材は、CD-ROM形式で配布され、汎用のパソコン上でこのソフトをインストールすれば簡単に作動させることができる。母性看護学・助産学教育に広く使用することが可能であり、平成14年度の調査からも、本VRソフトウェアが学生の子宮内現象のイメージ化を促進し、教材として有用性が高いことが示された。本研究は妊娠経過に伴う胎児の発育過程と胎内環境、分娩機転、胎盤剥離機転、さらに異常分娩時の母児の状況等を可視化できる三次元的な教材の開発を行うものであり、今年度はその基礎的データを得るために、助産学教育を受けた学生が講義・演習・助産実習を通して周産期の事象をどの程度イメージ化できているのか、また、イメージ化が困難な現象にはどのようなものがあるのかを明らかにし、さらに現行の教育背景との関連を検討することを目的に自記式質問紙調査を実施した。対象は助産学教育を実施している全国の4年制大学の学生と担当教員で、9校、学生70名、教員37名から回答が得られた。学生に対する質問紙には正常な妊娠・分娩・産褥経過に関するもの38項目、新生児に関するもの4項目、分娩異常に関するもの31項目の計73項目の設問を設定し、イメージ化の可否を尋ねた。教員には分娩介助実習を中心に、実際の到達度、実習の状況について尋ねた。イメージ化の程度は「よくできる」から「できない」の4段階評定尺度によって回答を求め、χ^2検定を用いて統計学的検討を行った。助産実習前にイメージ化が困難な事象として、解剖学的所見、胎児循環、妊娠に伴う組織の変化や損傷、内診による診断と分娩進行状況などがあげられた。50%以上が「できない」と回答したもの21項目、「少しできる」29項目であり、『骨盤誘導線と胎児娩出の関係』以外はイメージ化が難しい様子が窺われた。

一方、実習後には、50%以上がイメージ化「できる」と回答した項目が25項目に増加した。しかし、これらは正常な分娩経過、モニタリング所見の判読に集中しており、実習中に体験の困難な異常分娩に関する事象のイメージ化の程度は低率に留まった。少ない体験の中から有効な学びを得るためにも学内実習の充実が求められるものであり、学生のイメージ化を促進できるような指導、教材の導入が急がれると考える。平成12年度の研究では、助産実習の前後で周産期の事象のイメージ化が容易なものと、そうでないものとを明らかにした。周産期の事象は子宮というベールにつつまれた環境で進行するため、直視できないことが理解を深める妨げとなっている。平成13年度は、産婦および胎児のアセスメント能力を養うために、これらを可視化し、周産期の事象を擬似体験できる有効な教育教材を開発することを目的とした。可視化する方法としては、バーチャルリアリティ(仮想現実感)の技術を用いて、周産期の事象を擬似的にコンピュータ上で作成し、インターラクティブに体験できるようにした。すなわち、母体腹壁、子宮、骨盤、膣壁などを三次元的にモデル化し、これらの器官を正中で左右に分け、それぞれ半透明、さらに透明に表示することにより、周産期の事象を直視下で、さらにマウスを用いて視点を指示することにより、任意の方向からこれらの事象を観察できるようにした。さらに、分娩の進行状況、分娩介助なども空間的にも、時間も逆行させ時間的にも、自ら納得できるまで、繰り返し学習することができるようにしたため周産期のさまざまな事象が極めて容易に理解できるようになった。可視化した具体的な内容としては、胎児・母体循環、胎児の運動、胎位・胎向・胎勢、分娩経過(子宮収縮と胎児環境、胎児心拍数モニタリング、破水、胎児の回旋、軟産道、胎盤剥離)などが上げられる。この教材は、CD-ROM形式で配布され、汎用のパソコン上でこのソフトをインストールすれば、簡単に動作させることができ、母性看護学・助産学教育に広く使用されるものと確信した。平成14年度は、今年度開発したVRソフトウェアを母性看護学・助産学教育の教材として用いることにより、どのような効果を発揮できるか検証したい。平成12年度には助産学生を対象に周産期事象のイメージ化が容易なものと困難なものとを明らかにしたが、平成13年度はこの結果を踏まえコンピュータ上で母体内現象を疑似体験できるソフトウエアの開発を行った。この教材はバーチャルリアリティの技術を用いて周産期の事象を説明し、インターラクティブに学習できるように工夫されている。本年度は、開発した周産期VRソフトウエア教材を用いて、その教育効果に関する実証的研究を行った。調査対象として助産師教育を行っている4年制大学15校・110名、短期大学4校・66名、専門学校4校・85名の計23校・261名の協力を得た。これらの対象を実習前にVRソフトウエアの視聴を行ったAグループと実習後に視聴を依頼したBグループに分け、Aグループは視聴前後と実習後、Bグループは実習前と実習終了後の視聴前後にアンケート調査を行った。調査項目は腹腔内と胎児の関係、分娩開始、分娩中、分娩介助技術に関するものの計40項目に対して、「できない」「よくできる」までの4段階評定法で回答を求めた。その結果、全ての項目で視聴後にイメージ化が促進されたと回答され、Aグループでは特に大きな効果がみられた。子宮と胎盤の位置関係、胎児娩出後の子宮、胎盤剥離と子宮収縮の状況、人工破膜の方法などに視聴前後の差が大きく、可視化や触診が困難な事象の理解を深めたことが示された。
がん遺伝子c-kit及びMLLを標的としたがん化学療法の基礎的研究

がん遺伝子及びその産物は新しいがん治療法の標的分子として、今後の化学療法にとって極めて重要であり、臨床応用を目指した基礎的研究が必要である。本研究ではc-kit遺伝子及びMLL遺伝子をがん化学療法の標的分子モデルとして、将来的には遺伝子レベルから蛋白レベルまでの種々の段階で腫瘍の増殖抑制・分化誘導に効果を示す薬剤等の検索を目指し、昨年に引き続き解析した結果、本年度は以下の成果が得られた。2. MLL-キメラ産物の細胞内局在は核に局在することが普遍的現象であることをMLL-AF6の系にて実証した。3. Radiation leukemiaの系でもMLLキメラ遺伝子トランスジェニックマウスは、対照群と胸腺腫発生時期、死亡日数に有意な差がなかった。4. c-kit陽性肺小細胞癌株を指標としチロシンキナーゼ阻害剤の有効性の検討の結果、解析したチロシンキナーゼ阻害剤の中にはc-kit特異的に運動能を抑制する薬剤は得られなかった。6. c-kit陽性の肺小細胞癌患者の化学療法前後及びそのVP-16耐性株を樹立した。各細胞のc-kitの発現を検討したところ、発現量は不変であったが、VP-16に対する耐性度は母株のtopoisomerase IIαの発現低下に相関した。がん遺伝子及びその産物は新しいがん治療法の標的となる可能性が高く、今後の化学療法にとって極めて有望な標的分子であり、そのための基礎的研究を目的として、肺癌、乳癌におけるc-kit,造血器腫瘍における転座関連遺伝子MLLを対象として研究を行った。固型癌におけて、c-kitは肺癌では異所性に発現され、運動性との関連を見い出した。c-kit陽性の肺癌ではチロシンキナーゼの特異的阻害剤であるジュニスチンにて、chemotaxisは著明に阻止された。又、一方正常乳腺上皮には陽性であるが乳癌では発現が抑制され負の制御を受けていることが示唆された。c-kit陰性の乳癌細胞株(MCF-7)に安定したc-kitcDNA導入株を樹立した。そのうちのクローンのひとつは、軟寒天培養でのコロニー形成能及びヌードマウスにおける腫瘍形成能も抑制され、乳癌における負の制御作用の一端が実証された。造血器腫瘍における申請者らが単離した転座関連MLL遺伝子の機能の解析を目的として抗体を作製した。その結果、MLL及び転座相手遺伝子LTG9,LTG19産物、更にMLL-LTGキメラ蛋白の局在はともに核であった。次いで、腫瘍特異的であるキメラmRNAを標的としたアンチセンスオリゴを用いた増殖抑制効果は、非常に弱くこの実験系では必ずしも良い標的とはなり得なかった。又、MLL遺伝子はトポイソメラーゼII阻害剤による二次性白血病の標的であることを明かにしたので、in vitro系でVP-16によるキメラmRNA誘発実験を試みたが、現在の所RT-PCRにてもキメラmRNAの検出には成功していない。MLL遺伝子は転座の際Znfinger領域の直前で切断される。このMLL-Zf(-)cDNA導入32Dc13細胞株はG-CSF添加による増殖能は保持され、顆粒球への分化が抑制されMLL遺伝子の5′側が腫瘍発症に関与することが示唆された。がん遺伝子及びその産物は新しいがん治療法の標的となる可能性が高く、今後の化学療法にとって極めて有望な標的分子であり、そのための基礎的研究が必要である。申請者らは、c-kit遺伝子(肺小細胞癌,乳癌)及びMLL遺伝子(乳児白血病,二次性白血病)をがん化学療法の標的分子モデルとして、将来的には、遺伝子レベルから蛋白レベルまでの種々の段階で腫瘍の増殖抑制・分化誘導に効果を示す薬剤等の検索を目指し、検討を行っている。本年度の成果は以下に要約される。1.乳児白血病や二次性白血病の標的遺伝子であるMLL(mixed cell lineage leukemia)遺伝子の造腫瘍性に関して、MLL遺伝子の特定領域(Zinc finger領域のN端側)での分断が重要であることが、強く示唆される結果が得られた。2.EμSV-プロモーターを持つ発現ベクターにて、MLL-LTG19及びMLL-LTG9トランスジェニックマウスを作出し1年以上経過観察中であるが、白血病の発癌は認めていない。3.肺小細胞癌培養株のうちc-kit陽性株と陰性株を指標として、足場非依存性増殖能スクーリングシステムにて、c-kit陽性細胞に特異的増殖抑制効果を示す薬剤を見い出した。緑膿菌外毒素結合ドメンをc-kitのリガンドであるSCF(stem cell factor)に置換した融合物(SCF-PE40)は、c-kit陽性肺小細胞癌(SY株)に特異的殺効果(障害)が観察された。5.c-kit陰性乳癌細胞株(NCF-7)にc-kitcDNAトランスフェクションを行なった。本実験より得られたクローンの解析より、乳癌細胞増殖性に対するc-kitの抑制効果(負の制御)の一端が実施された。

2. MLL-キメラ産物の細胞内局在は核に局在することが普遍的現象であることをMLL-AF6の系にて実証した。3. Radiation leukemiaの系でもMLLキメラ遺伝子トランスジェニックマウスは、対照群と胸腺腫発生時期、死亡日数に有意な差がなかった。4. c-kit陽性肺小細胞癌株を指標としチロシンキナーゼ阻害剤の有効性の検討の結果、解析したチロシンキナーゼ阻害剤の中にはc-kit特異的に運動能を抑制する薬剤は得られなかった。6. c-kit陽性の肺小細胞癌患者の化学療法前後及びそのVP-16耐性株を樹立した。各細胞のc-kitの発現を検討したところ、発現量は不変であったが、VP-16に対する耐性度は母株のtopoisomerase IIαの発現低下に相関した。
連星中性子星およびブラックホール中性子星連星の合体による重力波に対する数値的研究

連星中性子星およびブラックホール・中性子星連星の合体に対して、中性子星に対する幅広い状態方程式と質量、およびブラックホールに対する幅広い質量とスピンを採用しながら一般相対論的数値計算を実行し、合体過程の全容、合体後に誕生する天体の特徴、および放射される重力波の波形をこれまでになく系統的に解明した。特に、合体時の重力波波形が、中性子星の状態方程式やブラックホールのスピンを反映することを見出した。本研究の目的は、連星中性子星およびブラックホール・中性子星連星の合体過程および放射される重力波の波形を、これまでになく系統的に解明することである。つまり、中性子星の質量や状態方程式、およびブラックホールの質量やスピンを幅広く変化させながら、連星の個々の星を特徴付ける量の変化と共に、合体過程や重力波の波形が定量的にどのように変化するのか明らかにすることが目的である。H21年度は特に(1)等質量の連星中性子星、および(2)スピンのないブラックホール・中性子星連星の場合に焦点を絞って研究を進めた。いずれの場合も、ピースワイズポリトロープを用いて中性子星の現実的な状態方程式を近似的にモデル化した。この方法の場合、現実的状態方程式を24個の少数のパラメータで近似的に表現することが出来る。H21年度は最も単純な、2パラメータのモデルを用いて合計8つ状態方程式を構成し、シミュレーションに用いた。連星中性子星に関しては、太陽の1.35倍の質量を持つ2つの中性子星の合体のシミュレーションを、8つの状態方程式に対して実行した。その結果、合体後に誕生する天体が状態方程式に強く依存することが分かった。比較的柔らかい状態方程式の場合には、ブラックホールが速やかに誕生する。一方、平均的なものよりも硬い状態方程式を用いると大質量中性子星が誕生し、数10ミリ秒程度はブラックホールに崩壊することなく生き延びることが分かった。合体後の進化の違いは重力波の波形にも影響を及ぼす。特に1-4kHz程度の周波数帯の重力波スペクトルは、状態方程式に強く依存することが分かった。ブラックホール・中性子星連星に関しては、各質量が4.05:1.35太陽質量、2.7:1.35太陽質量、および2.4:1.2太陽質量の場合の3通りに対して、シミュレーションを実行した。やはり8つの状態方程式を用いた。質量比が小さい場合は潮汐破壊が起こるが、そのときの重力波周波数が、状態方程式の硬さに系統的に依存することが示された。以上の結果は、合体時の重力波をとらえることにより、中性子星の状態方程式に制限を課すことが可能であることを意味している。どちらの結果に関しても現在論文作成を進めている。本研究の目的は、連星中性子星およびブラックホール・中性子星連星の合体過程および放射される重力波の波形を、中性子星の質量や状態方程式、ブラックホールの質量やスピンを幅広く変化させながら、これまでになく系統的にかつ定量的に正確に明らかにすることである。H22年度は特に(1)等質量の連星中性子星に対する長時間シミュレーション、および(2)スピンが存在するブラックホール・中性子星連星に対するシミュレーションに焦点を絞って研究を進めた。この場合、現実的状態方程式を24個の少数のパラメータで近似的に表現することが出来る。H22年度は連星中性子星に対して4パラメータのモデルを、ブラックホール・中性子星連星に対して2パラメータのモデルを用いた。シミュレーションは合計で100以上実行した。連星中性子星に関しては、合計質量が太陽の2.7-3.0倍にある連星を採用し、合計6個の状態方程式を用いてシミュレーションを実行した。最近の重い中性子星の観測結果を受け、硬い状態方程式を採用した。その結果、合計質量が太陽の2.7倍程度の典型的な連星中性子星は、合体後にブラックホールへと重力崩壊することなく、大質量中性子星を形成することが分かった。しかし、その後角運動量散逸・輸送過程でブラックホールへと最終的には重力崩壊する。超寿命の大質量中性子星が誕生する場合、特徴的周波数が2.5-3kHzの大振幅の準周期的重力波が放射され、これは次世代重力波検出器で検出可能性があることを示した。また最終的に誕生するブラックホールの周りに0.1太陽質量を超えるような降着円盤が誕生しうることも示した。これらの結果に関しては論文を近々投稿予定である。ブラックホール・中性子星連星に関しては、質量、ブラックホールスピン、状態方程式などを幅広く変えながら、合計100近いシミュレーションを実行した。最も重要な発見はぐスピンが大きい場合、幅広い質量比に対して中性子星の潮汐破壊が起こることを示したことである。潮汐破壊時の重力波周波数から、中性子星の状態方程式に制限が課せること、潮汐破壊の結果太陽質量の0.1倍を遥かに超える降着円盤が誕生することなども新しい知見である。これらに関しても論文を近々投稿予定である。なお重力波の波形の計算結果をWebで公開するための準備も進めた。

本研究の目的は、連星中性子星およびブラックホール・中性子星連星の合体過程および放射される重力波の波形を、中性子星の質量や状態方程式、ブラックホールの質量やスピンを幅広く変化させながら、これまでになく系統的にかつ定量的に正確に明らかにすることである。H23年度は特に、以下に挙げたシミュレーション研究を共同研究者(関口雄一郎、木内建太、久徳浩太郎、仏坂健太(いずれも京都大学)と進めた。(1)連星中性子星:異なる断熱指数を持つポリトロープをつなぎ合わてモデル化された状態方程式(ピースワイズポリトロープ状態方程式)を用いて、中性子星をモデル化する。今年度は特に、4つのポリトロープをつなぎ合わせてモデル化した状態方程式を合計4通りを採用してシミュレーションを系統的に行った。特に、合体が始まるときの特徴的周波数や合体時に形成される大質量中性子星から放射される重力波に着目し、それが状態方程式に如何に依存するか調べた。(2)ブラックホール・中性子星連星:ブラックホールのスピン、ブラックホールと中性子星の質量、中性子星の状態方程式に対するパラメータなど多数のパラメータが存在する。今年度は、ブラックホールのスピンが存在する場合に注目し、その値を-0.50.75の範囲で選びシミュレーションを系統的に行った。中性子星の状態方程式に関しては、(1)同様、ピースワイズポリトロープ状態方程式を用いた。(3)有限温度の現実的状態方程式を用いた連星中性子星に対する研究:合体後大質量中性子星が誕生する場合、有限温度の効果(有限温度の状態方程式とニュートリノ放射)がその進化に重要な役割を果たす可能性がある。またニュートリノがどの程度放射されるのか、定量的に調べるためにも物理素過程を取り入れる必要がある。これらを明らかにするためには有限温度の状態方程式とニュートリノ輻射効果を取り入れた数値シミュレーションが必要である。今年度は、さまざまな質量の中性子星(太陽の1.31.6倍程度)を用意し、シミュレーションを世界で初めて実行した。いずれのテーマに対しても複数の論文を公表した。これらに加えて計算で得られた重力波の波形を随時ホームページに公表した。それらは、海外の共同研究者によって解析され、来るLIGO重力波観測計画におけるパラメータ決定精度のシミュレーションに役立てられている。
細胞死を起点とするダイイングコード授受の１細胞実時間イメージングと遺伝子発現解析

本研究では、細胞死に伴う可溶性メッセージ物質の放出ならびにその供与における細胞応答の解析を可能とするイメージング技術の開発を進めた。特に、領域内共同研究および国際共同研究によって、制御された細胞死の一種Necroptosisに伴うダメージ関連パターン分子DAMPsとして、核内タンパク質HMGB1の放出動態をI細胞レベルで明らかにした。さらに、A20ノックアウト骨髄由来マクロファージにおいて誘発されるNecroptosisでは、IL-1βおよびIL-1αが細胞死に伴って同時に放出され、このIL-1放出は、RIPK3依存的に減弱されることがI細胞レベルで明らかとなった。一方で、DAMPsの一種IL-33を受容して2型免疫応答を惹起するILC2では、十分量のIL-33存在下においても緩やかな活性化が見られることが明らかとなった。マウスILC2においては、この分泌活性はIL-33が存在している間のみ上昇し、IL-33を除去すると新規の活性化が見られなくなると共に、すでに活性化した細胞も確率的に分泌を停止することが見出された。一方で、CAPS患者における自発的パイロトーシス直後の遺伝子発現、特に発現しているNLRP3 mRNAの遺伝子変異を同定するために、分泌イメージングとガラスキャピラリーによる自動細胞回収を自動で行うシステムの開発を進めた。実際に電動マニピュレータと電動微量溶液ハンドリング装置を顕微鏡計測プログラムと連動させ、ウェルから溶液・細胞を回収するには至ったが、現状では回収率が十分ではなかった。そこで、半自動細胞回収装置を用いてパイロプトーシスを生じた細胞の回収を行った。現在、回収した細胞のmRNAの増幅及び変異の解析を進めている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。高等生物は個体レベルの発生及び生存のために生命最小単位としては負の結末である細胞死を利用する戦略を有しているようである。特に細菌やウイルス、寄生虫等の感染を排除するために炎症等の免疫応答を誘起する"制御された細胞死“は、周辺細胞に積極的に自身の死を伝達する分子"ダイイングコード"を産生することが多い。産生されたダイイングコードはどのように周囲の細胞に伝搬するのか?を明らかにすることは、細胞死を起点とする生体応答カスケードの動的様相の解明には必要である。上記の背景を受け、本研究は細胞死を起点とする生体制御ネットワークを媒体するダイイングコードの放出動態を1細胞レベルで実時間計測する。これにより、詳細が未知であるダイイングコードの放出メカニズムや細胞死制御機構との時相関および細胞間のばらつきに関する定量的情報を提供する。さらに、ダイイングコード放出前後の細胞に対して選択的な回収を行い、細胞死過程の細胞遺伝子発現を明らかにすることを目指す。本年度は、ダイイングコードのひとつであるHMGB1がネクロプトーシスに伴って放出される様相を12.5分の時間分解能で1細胞毎に観測し、一過性および徐放性の放出の存在が示された。ILC2のダイイングコードIL-33応答性においては、過渡的刺激に対して、過渡的な分泌応答を示すことが示唆された。生きた細胞からのIL-1β産生の有無について、パイトローシスにおける膜開孔実行因子であるDsdmdのノックアウト細胞における検討を行い、パイロトーシス以外の細胞死がIL-1β産生に寄与することがわかった。また、他の共同研究からもIL-1βは成熟・未成熟の違いはあるが、多様な制御された細胞死において放出されることが明らかになりつつある。また、本年度は、細胞死に伴う遺伝子発現を解析するために、細胞死を呈した細胞を迅速に回収するためのシステム構築に着手した。本年度は、領域内共同研究を3件、海外との共同研究を1件行い、それぞれ良好にダイイングコードのイメージングを達成している。また、ILC2のIL-33応答においては、マイクロ流体の観点から過渡的刺激の実験系を構築し、良好な結果が見られている。一方で、生きた細胞からのIL-1β放出を株化マクロファージ細胞で再現を試みたが、安定的に見られる条件が未だ見つかっていない。一方で、生きた細胞からのIL-1β放出の報告が本年度報告された。来年度は、報告された条件を参考に実験を行う。また、CAPSにおけるIL-1βの解析は1細胞回収装置の自動化が望まれ、これの完成を待って行うこととした。

一方で、CAPS患者における自発的パイロトーシス直後の遺伝子発現、特に発現しているNLRP3 mRNAの遺伝子変異を同定するために、分泌イメージングとガラスキャピラリーによる自動細胞回収を自動で行うシステムの開発を進めた。実際に電動マニピュレータと電動微量溶液ハンドリング装置を顕微鏡計測プログラムと連動させ、ウェルから溶液・細胞を回収するには至ったが、現状では回収率が十分ではなかった。そこで、半自動細胞回収装置を用いてパイロプトーシスを生じた細胞の回収を行った。現在、回収した細胞のmRNAの増幅及び変異の解析を進めている。平成30年度においては、現在進行している領域内共同研究を推進する。また、ILC2におけるIL-33に対する過渡的応答についての詳細を、刺激時間や繰り返し応答性について着目して研究を進める。生きた細胞からのIL-1β放出については、先行論文を参考に刺激等の条件を揃えて、実際に細胞が生きたままIL-1βを放出しているのかを直接的に観測することで確認する。また、本年度は実時間1細胞回収装置の自動化を重点的に進める。CAPS患者が有するCIAS1遺伝子変異はヘテロであり、RNAレベルでは正常なものと変異が入ったものが共存すると考えられるが、NLRP3は7量体でインフラマソーム核を形成すると言われている。よって、NLRP3の正常/異常の比率がCAPS患者単球のパイロトーシス自発的活性化に関係するのではないかと考えた。これまでの検討でヘテロ遺伝子変異を持つCAPS患者ではLPS刺激時には一部の単球しかIL-1βを放出していない(1割弱)。本研究は、ヘテロ変異CAPS患者単球が有する変異/正常NLRP3タンパク質の量比がRNAと比例すると仮定し、エンドトキシンによるプライミング直後のRNA比の定量、およびパイロトーシス直後のRNA比の定量を行う。パイロトーシスが個々の細胞で時間的にばらついて生じることに加え、細胞死が進行するとRNA分解が亢進するとかんがえられるため、1細胞即時回収・遺伝子発現解析法によってパイロトーシス直後の単球を回収し、NLRP3mRNAの発現量と変異率、及びIL-1βmRNA発現量を調べ、1細胞レベルで見られるパイロトーシスの不均一性の理解を試みる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
メディエータ概念に基づく人体動作のデータベース化とジェスチャ検索

本研究では、個々の空間オブジェクトの形状や動きのデータとオブジェクトに付加された意味や情報を、「メディエータ」によって仲介し、スキーマ化することで、時空間のインデックス手法の確立をはかった。今年度は昨年度に引き続き、空間オブジェクトの中でも特に人体形状と構造とその動作に着目し、複雑な人体構造および動作について、モデル化およびデータベーススキーマ化について考察した。本年度の成果として、次の2点を挙げることができる。1.人体構造を階層構造としたメディエータモデリングの実現2.人体動作の特徴姿勢に着目したメディエータモデリングの実現1.については、Hub-Mediator-Real World Dataという3レベルの情報のモデル化を行った。Hubとはあるオブジェクト群の共通情報を表すもので、いわばオブジェクト群のスキーマの役割を果たす。MediatorとはHubと個々の事例・事象(Real World Data)との直積の要素であり、Hubで示された規格によって記述された個別情報を少ないデータで表現する。この要素が人体動作データベースを構築するための本質的な要素となる。この概念を基に人体構造のモデリングにおいて、前述のオブジェクト群を人体の前腕、上腕、頭、首、胸などの動きの最小単位となる部品とし、動きの相関関係により階層的に連結した構造の定義を行なった。2.については、人間の動作を瞬間的な姿勢の連続であるととらえ、手がある物体に触る、などといった自動的に抽出可能な姿勢をとりだし、Detectable Actionとする。そしてその姿勢時系列の中で特徴的な姿勢をメディエータとし、その人間の動作の特徴を示すものとした。さらに、1.2.にしたがってモデル化された人体構造・動作情報のデータベーススキーマ記述について考察した。また、1.と関連させて、工場作業のパーツ組み立て動作の事例についてDIISM2002で報告した。今年度は、空間オブジェクトの中でも特に人体形状と構造とその動作に着目し、複雑な人体構造および動作について、モデル化およびデータベーススキーマ化について考察した。本年度の成果として、次の3点を挙げることができる。1.人体構造を階層構造としたメディエータモデリングの実現2.人体動作の特徴姿勢に着目したメディエータモデリングの実現3.動作のモデリング手法の妥当性の評価1.については、Hub-Mediator-Real World Dataという3レベルの情報のモデル化を行った。2.については、一連の人体の動きの中で特徴姿勢を抽出し、その瞬間の姿勢をメディエータとした。また、特徴姿勢間の中間姿勢は、Inverse Kinematicsなどを用いることで算出可能であることを示した。特に1.と関連させて、人間の歩行動作の事例についてPREMUS2001で報告した。3.については、1.,2.の成果を基に、人体動作に対するメディエータモデリングの妥当性の評価を行ない、さらに、工場における作業者の作業動作に対して適用した事例について、概念モデリング国際会議(ER2001)HUMACSワークショップで報告した。また高速グラフィックス表示装置を用いてメディエータをそのままCGとして再現し、再構築する手法の提案と実装評価を行い、報告した。
矯正学的持続的機械ストレス環境におけるポドプラニン依存性骨再生機構に関する研究

矯正治療患者の高齢化により歯の後戻りと動揺が問題になっている。骨芽細胞が産生するpodoplanin (PDPN)は極めて粘性の高いシアル酸結合型のムチン型タンパクで、骨の強度を維持することが報告されている。機械的ストレス環境下において骨芽細胞がPDPN産生を促進し、骨形成も促進されるならば、その特性を利用したPDPN標品を使用することで、矯正治療後の歯の後戻りや動揺の予防に有用であると考えられる。また、顎骨骨折や抜歯窩における骨の補強材および血餅形成による治癒促進にも適用可能ではないかとも考えられる。本研究では、PDPN条件付きノックアウトマウスおよびマウス骨髄由来骨芽細胞に機械的ストレス(伸展)を負荷し、骨形成におけるPDPN、osteocalcin (OC)、osteopontin (OPN)の骨関連タンパク発現動態を検討した。その結果、in vitroでは、伸展負荷のある培養骨芽細胞でのPDPNの発現は負荷のない細胞よりも有意に多く、伸展期間のみならず、OCやOPNと共にその発現が増加した。また、PDPN、OC、OPNに対する抗体と共に培養した骨芽細胞では、石灰化産物が有意に少なかった。以上の結果は、機械的ストレスがPDPN産生の誘導因子であり、PDPNが骨芽細胞の石灰化に寄与する可能性があることを示唆している。しかしin vivoでは、ノックアウトマウスの機械的ストレスのある歯槽骨に形態的異常は認められなかったが、TRAP陽性細胞数や骨吸収ピット数は少なかった。PDPNは、骨の発達にとって重要な因子ではないが、骨リモデリングで役割を果たし、機械的負荷のある条件下で発現が増強される可能性がある。in vitro実験ではPDPNが石灰化に明確に関与することが判明したため、in vivoではPDPNの役割を置換する遺伝子により、動的均衡が保たれる可能性がある。矯正力とは持続的な機械ストレスであり、その環境下におけるポドプラニン依存性骨再生機序についての報告はされていない。しかし、ポドプラニンは、シアル酸結合型のムチン型タンパク質で粘性の極めて高い物性であり、骨芽細胞がポドプラニンを産生することで骨の強度を上昇させ、また骨芽細胞が骨基質を積み上げるのに重大な貢献をしていると考えられる。そのために、ポドプラニンを欠損すると骨の可塑性が大きくなり、歯の移動および動揺が起こりやすくなると考えられる。これを応用して矯正治療後、歯の後戻りおよび動揺の防止にポドプラニンを投与する、抜歯窩や骨の欲しい場所にポドプラニンを投与することにより骨の再構築が促進するではないかと考え、その可能性を検討するための研究計画を構築した。研究計画としては、1培養したマウス骨芽細胞(MC3T3-E1)を用いて、持続的機械ストレス環境下において骨芽細胞が産生する骨関連タンパクであるオステオカルシンやオステオポンチンと共にポドプラニンの発現量の変化を検討する。2作製したポドプラニンコンディショナルノックアウトマウス(PDPN KOマウス)とワイルドタイプマウス(WTマウス)を使用し、歯槽骨形態、骨密度およびポドプラニンとの分布の相関性をマイクロCTと免疫組織化学的検索によって検討する。3Waldo法を用いた矯正学的持続的機械ストレス環境下での歯槽骨形態、骨密度およびポドプラニンとの分布の相関性をマイクロCTと免疫組織化学的検索によって検討後、ポドプラニンを投与しポドプラニンの骨再生能について比較検討する。また、歯槽骨欠損部を作りポドプラニンを投与することによる骨再生能についても比較検討する。現在、培養したマウス骨芽細胞(MC3T3-E1)を用いてFlexercell tension systemにより持続的機械ストレスを負荷を行った後、骨関連タンパクであるオステオカルシンやオステオポンチンと共にポドプラニンのmRNA発現量の変化をReal Time PCR法にて定量し、タンパク質発現量の変化をELISA、Western blot analysisにて解析し、検定はTukey-KramerのHSD検定を用いて行っている。しかし、ポドプラニンは、シアル酸結合型のムチン型タンパク質で粘性の極めて高い物性から、骨芽細胞がポドプラニンを産生することで、骨の強度を上昇させ、また骨芽細胞が骨基質を積み上げるのに重大な貢献をしていると考えられる。そのために、ポドプラニンを欠損すると骨の可塑性が大きくなり、小さな矯正力で歯の移動を起こしやすくなる。これを応用して、矯正治療後の後戻りの防止にポドプラニンを投与する、抜歯窩や骨の欲しい場所にポドプラニンを投与することにより骨の再構築が促進するではないかと考え、その可能性を検討するために研究計画を構築した。研究の成果としては、1培養したマウス骨芽細胞(MC3T3-E1)を用いて、持続的機械的ストレス環境下において骨芽細胞が産生する骨関連タンパクであるオステオカルシンやオステオポンチンと共にポドプラニンの発現量の変化を検討した結果、オステオカルシン、オステオポンチンおよびポドプラニンの発現量が共に増加した。2骨芽細胞を骨形成培地下で培養して、カルシウムを沈着させる過程において、抗オステオカルシン、オステオポンチンおよびポドプラニン抗体を培地に入れて培養した結果、カルシウム沈着は抑制された。3作製したポドプラニンコンディショナルノックアウトマウスの繁殖については、現在の所、繁殖が思いの外うまくいかず実験に使用できる匹数が集まっていない。

現在、ポドプラニンの骨形成に与える影響について。骨形時、骨芽細胞が産生する骨関連タンパクであるオステオカルシンやオステオポンチンと同様に骨形成に関与するタンパクであることが今回の実験の結果で明らかになった。しかし、作製したポドプラニンコンディショナルノックアウトマウスの繁殖については、現在の所、繁殖が思いの外うまくいかず実験に使用できる匹数が集まっていない。骨組織における研究では、podoplanin ( PDPN )は分化初期の骨細胞マーカーと考えられているが、骨代謝における役割は十分には解明されていない。骨芽細胞の初代培養では、PDPNの発現はみられないが、石灰化物形成とともに樹状突起上のPDPN発現量が増加するため、石灰化への関与が考えられている。また、機械的ストレス環境下において骨芽細胞がPDPN産生を促進し、骨形成も促進するならば、その特性を利用したPDPN標品を矯正歯科治療に応用することで、矯正歯科治療後の歯の後戻りや動揺の予防に適応する可能性があると考えて研究計画を構築した。研究成果として、1機械的ストレス負荷前後で免疫組織化学染色の染色領域量をImageJを用いて定量的に比較した結果、PDPNの産生量が機械的ストレス負荷によって有意に増加したことが確認された。2培地の条件および機械的ストレスの有無を変化させた際のmRNA発現の変化をReal-time PCR法で解析した結果から、骨芽細胞でのPDPNの発現は、機械的ストレス負荷が強い発現誘導因子となっていることが示唆された。また、免疫沈降したタンパク質をWestern blot法で解析した結果でもReal-time PCR法の結果とほぼ一致した。3抗PDPN特異抗体を添加した骨形成培地を用いて骨芽細胞の石灰化評価および細胞増殖評価を行った結果、細胞死することなく石灰化物産生を抑制された。4作製したポドプラニンコンディショナルノックアウトマウスを繁殖させ、標本を作製中である。作製したポドプラニンコンディショナルノックアウトマウスの繁殖が軌道に乗り初め、実験に使用できる匹数が確保できるようになってきた。その他の課題については、良好に進展している。矯正治療患者の高齢化により歯の後戻りと動揺が問題になっている。骨芽細胞が産生するpodoplanin (PDPN)は極めて粘性の高いシアル酸結合型のムチン型タンパクで、骨の強度を維持することが報告されている。機械的ストレス環境下において骨芽細胞がPDPN産生を促進し、骨形成も促進されるならば、その特性を利用したPDPN標品を使用することで、矯正治療後の歯の後戻りや動揺の予防に有用であると考えられる。また、顎骨骨折や抜歯窩における骨の補強材および血餅形成による治癒促進にも適用可能ではないかとも考えられる。本研究では、PDPN条件付きノックアウトマウスおよびマウス骨髄由来骨芽細胞に機械的ストレス(伸展)を負荷し、骨形成におけるPDPN、osteocalcin (OC)、osteopontin (OPN)の骨関連タンパク発現動態を検討した。
空腹期消化管運動に見られるウルトラディアンリズム機構の解明

今年度は、スンクスを用いて、消化管のウルトラディアンリズムである周期的に起こる空腹期消化管運動(MMC)メカニズムの理解を目指すために、消化管運動の測定と十二指腸管腔内pH濃度の変化を同時に測定した。麻酔下スンクスの胃運動と十二指腸管腔内pH濃度の測定に成功し、モチリン投与によって胃強収縮が惹起され、このとき十二指腸管腔内pH濃度は速やかに低下することを明らかにした。さらに、空腹期phaseIII収縮の終了するメカニズムがウルトラディアンリズムの解明に重要であると考え、phaseIII抑制機構を検討した。モチリンをphase I期に静脈内投与するとphaseIII様の強収縮を惹起したが、phaseIIにモチリンを投与しても強収縮を刺激しないことを明らかにした。また、phaseIIにGABAa受容体アンタゴニストであるビククリンを共投与するとその抑制作用が消失し、phase III様強収縮が惹起された。また、phaseIIIのピークに手を叩いて大きな音を出すことでスンクスを驚かせたところ、phaseIII収縮は即座に収まった。交感神経遮断薬であるレセルピンの連日投与によって、手を叩いて音をだすことによるphaseIII収縮の中断はなくなることを示した。これらの結果から、迷走神経作動性収縮である空腹期のphaseII収縮ではモチリンの作用は抑制され、その抑制作用には迷走神経を介した末梢のGABAergicニューロンが関与していることが示唆された。また、phaseIII終了機構には、末梢のGABAergicニューロンは関与しないことが明らかとなり、phaseIII収縮の間は、交感神経の活性化で収縮が中断されることが示唆された。消化管のウルトラディアンリズムでおこる収縮に重要であるphaseIIIの収縮運動メカニズムに交感神経の関与を明らかにすることができ、順調に進捗している。今後は、胃収縮運動の抑制に関与すると考えられるsomatostatin、GLP-1等の消化管ホルモンに着目し、organ bath実験、無麻酔・無拘束下実験により、消化管運動に与える影響およびその作用機序を調べる。さらに、薬剤の脳室内投与実験を行うことで、MMCに影響を与えるホルモンの脳への直接作用を検討する。さらに、脳内の作用点を明らかにすることを目的に、モチリン、グレリン等の消化管ホルモンの抹消投与により興奮する神経核をc-fos染色により同定する。直接作用を示す結果が得られたら、c-fos陽性神経核の破壊実験を行う。今年度は、空腹期の伝播性消化管運動(MMC)のメカニズムを明らかにするための検討を行った。十二指腸管腔内にpH8.0の生理食塩水を投与すると、胃にphaseIII様の強収縮が惹起され、これはグレリン受容体アンタゴニストもしくはモチリン受容体アンタゴニストで阻害されることが明らかとなった。さらに、prostaglandin E2-alpha (PGE2_a)及び5HT4受容体がpHとモチリン放出に関与していることを示した。これらの結果は、十二指腸内のpH変動によってモチリンが放出されることで空腹期MMCが制御されていることを示すものである。上記の内容はPhysiological Reports誌に受理された。モチリン分泌動態検討のために、スンクス十二指腸初代培養系の開発を行ったが、細胞の生存率が低く、実験に用いることができなったので、スンクス十二指腸のオルガノイドの作製を試みた。その結果、スンクス十二指腸オルガノイドの作製に成功し、作製したオルガノイドにはモチリン遺伝子が発現することを確認した。現在、オルガノイドを用いたモチリン分泌実験系の構築を行っている。また、スンクスモチリン測定のために、モノクローナル抗体の作製を行った。スンクスモチリンを認識するモノクローナル抗体を数種類得ることに成功しており、現在サンドイッチELISAの構築を行っている。さらに、モチリン転写調節因子について、プロモーター解析を行ったところ、nuclear factor NF-kappa-B p65 subunitがモチリン遺伝子発現の抑制に関与していることを明らかにした。スンクスモチリン測定のELISAは構築中であるが、モノクローナル抗体の作製には成功している。また、胃内に小型pHセンサーを留置する手術を行い、管腔内pH変動を測定することができる系を立てており、順調に進捗している。

これらの結果から、迷走神経作動性収縮である空腹期のphaseII収縮ではモチリンの作用は抑制され、その抑制作用には迷走神経を介した末梢のGABAergicニューロンが関与していることが示唆された。また、phaseIII終了機構には、末梢のGABAergicニューロンは関与しないことが明らかとなり、phaseIII収縮の間は、交感神経の活性化で収縮が中断されることが示唆された。消化管のウルトラディアンリズムでおこる収縮に重要であるphaseIIIの収縮運動メカニズムに交感神経の関与を明らかにすることができ、順調に進捗している。今後は得られたモノクローナル抗体を用いたサンドイッチELISAの系の確立を試みる。サンドイッチ法がうまくいかない場合には、競合法ELISAの構築も行う。また、意識下スンクスでの胃及び十二指腸pH変動と消化管運動を同時に測定し、関連性を明らかにする。さらに、モチリン分泌調節機構を明らかにするために、小腸オルガノイドからモチリン産生細胞株の樹立も試みる。今後は、胃収縮運動の抑制に関与すると考えられるsomatostatin、GLP-1等の消化管ホルモンに着目し、organ bath実験、無麻酔・無拘束下実験により、消化管運動に与える影響およびその作用機序を調べる。さらに、薬剤の脳室内投与実験を行うことで、MMCに影響を与えるホルモンの脳への直接作用を検討する。さらに、脳内の作用点を明らかにすることを目的に、モチリン、グレリン等の消化管ホルモンの抹消投与により興奮する神経核をc-fos染色により同定する。直接作用を示す結果が得られたら、c-fos陽性神経核の破壊実験を行う。
血管炎症による認知機能障害の機構解明－大動脈瘤誘導マウスモデルを用いた検討－

昨年度までは野生型マウスにおいて、自然老化(若齢:23ヶ月、中齢:12ヶ月、高齢:24ヶ月)や血管炎症により、神経細胞数の減少や活性化ミクログリア数の増加、さらに学習能力の低下(評価方法:モリス水迷路試験)が認められることを明らかにした。平成30年度は実際、海馬CA3領域内の神経細胞の減少やミクログリアの活性化がシナプス機能に影響を与えるかを検討し、学習能力と脳の情報処理能力との関係を調べた。具体的には電気生理学的測定法を用いて、細胞外電極によるフィールド電位記録によって神経細胞の活動を測定し、シナプスの応答を記録・評価した。まず自然老化マウスにおいては高齢マウスでシナプス活動の強さを表すfield excitatory postsynaptic potential(fEPSP)の立ち上がり相の傾き(slope)値が低下する傾向がみられた。さらに若齢と中齢マウスを用いて、大動脈瘤の誘導を行いシナプスの機能を評価したところ、若齢マウスでは大動脈瘤の誘導によりfEPSPslope値に変化は認められなかったものの、中齢マウスの大動脈瘤誘導群ではsham群に比べてfEPSPslope値が低下する傾向がみられた。このような高齢マウスや中齢の大動脈瘤誘導マウスで得られたシナプス機能の低下傾向は学習能力の低下と類似した結果であり、海馬のシナプス機能と学習能力が相関している可能性が示唆された。さらに、老化促進マウスSAM(senescence accelerated mouse)の一系統で認知機能障害を呈するSAMP8に大動脈瘤を誘導すると、対照マウス(SAMR1)の群と比べて有意にfEPSP slope値が低下していることが分かった。これらの結果から海馬内神経細胞の減少やミクログリアの活性化がシナプス機能の低下に影響を与え、学習能力の低下につながることが明らかになった。加齢に伴う大動脈瘤は認知機能の低下を招く一つの原因病態であり、慢性炎症がその機序であることが想定される。本研究は血管病変による神経機能低下の作用機序を解明することを目的とし、平成28年度は大動脈瘤誘導のマウスモデルを用いて、加齢、性ホルモン低下などの老化因子が瘤の形成、また認知機能に及ぼす影響について検討を行った。具体的に、若齢(23ヶ月)と中齢(12ヶ月)マウスを用いて、大動脈瘤の誘導後、瘤の形成(評価方法:血管径の拡張や細胞外基質の上昇)および学習能力(評価方法:モリス水迷路試験)に対する影響を検討した。その結果、若齢マウスに比べ、中齢マウスでは大動脈瘤の形成が有意に促進された。さらに、若齢マウスにおいて大動脈瘤の誘導による学習能力の有意な低下は認められなかったが、中齢マウスの大動脈瘤誘導群においてはsham処置群に比べて学習能力が有意に低下していることが明らかになった。したがって、加齢による大動脈瘤の形成促進と中齢期の血管病変が学習能力の低下に影響することが示された。さらに、精巣摘出による低テストステロン環境下で、大動脈瘤を誘導したマウスでは、sham処置群に比べて、大動脈瘤の形成が促進されることが分かった。血中IL-6の上昇、また大動脈でのIL-6/pSTAT3シグナル経路の活性化が精巣摘出後大動脈瘤を誘導したマウスで認められることから、大動脈瘤の形成促進に慢性炎症が寄与することが明らかになった。また、中齢マウスの大動脈瘤の誘導群においてはsham処置群に比べて海馬の神経細胞数の低下やIBA1とMHCII二重陽性の活性化ミクログリア数の増加が明らかになり、血管炎症が血管において病態形成を促進するととともに、脳・神経系においても認知機能の低下を招く一つの原因になることが明らかになった。フレイルの基盤を成す臓器老化の過程には階層構造が存在することが想定され、特に加齢に伴う炎症制御機構の破綻は血管から神経への炎症反応の波及・拡大に寄与することが考えられる。昨年度は加齢や性ホルモン低下の老化因子による血管病変や神経の形質変化を形態学的、病理組織学的に評価することができた。また、血管老化による認知機能低下が明らかになり、その機序としては慢性炎症が関わることを明らかにした。今後は慢性炎症を主体とする血管老化が神経老化に寄与する作用機序について、炎症性細胞の形質や炎症性サイトカイン分泌の特徴、SASPを中心に検討し、臓器老化や機能不全の階層構造を明らかにすることを目指す。本研究は血管炎症が脳・神経の老化や機能低下を引き起こす作用機序を明らかにすることを目的とし、平成29年度は大動脈瘤の誘導により学習能力の有意な低下が認められた12ヶ月齢の自然老化マウスを用いて、炎症の拡大や波及の機序解明を形態学的、病理組織学的、血清学的な検討で行った。その結果、大動脈瘤の誘導により大動脈中膜のエラスチンやコラーゲン線維の破壊が認められ、またその病変では著明なマクロファージの浸潤が観察できた。さらに大動脈瘤の誘導群ではsham処置群に比べて、海馬の萎縮が著明であり神経細胞数の減少や活性化ミクログリア数の増加が明らかになった。これらの結果から血管炎症による大動脈瘤の形成が海馬の炎症や老化を引き起こすこと、さらに、血管炎症にはマクロファージが神経炎症には活性化ミクログリアが寄与する可能性が示唆された。次に、血管炎症による神経炎症の惹起が全身性炎症制御機構の破綻を介するものであるかを検討するために、血中炎症性サイトカインの網羅的な探索を行った。

その結果、中齢マウスにおいて、大動脈瘤の誘導群ではsham処置群に比べてインターロイキン系の炎症性サイトカインが上昇していることが明らかになった。また、老化促進マウスSAM(senescence accelerated mouse)の一系統で認知機能障害を呈するSAMP8に大動脈瘤を誘導するとsham処置群に比べて、血中IL-6やGM-CSFが上昇することが分かった。さらに、血中IL-6の濃度と学習能力(quadrant time)は負の相関関係にあることもわかり、血管炎症による神経炎症の惹起は血中炎症性サイトカインの上昇を介するものであり、特定の炎症性サイトカインが脳・神経への直接的または炎症性細胞への影響を介した間接的な影響を与える可能性が示唆された。フレイルの基盤となる臓器老化の過程には階層構造が存在することが想定され、特に加齢に伴う炎症制御機構の破綻は血管から神経への炎症反応の波及・拡大に寄与することが考えられる。今年度は大動脈瘤の病変や海馬での炎症性細胞の局在を病理組織学的に評価し、フレイル関連臓器の加齢変化や老化病態において炎症が関与していることを確かめた。また、炎症の拡大や波及に寄与する全身性炎症制御機構の破綻を調べるために、血中炎症性サイトカインを網羅的に検討した結果、特定の炎症性サイトカインが血管老化による認知機能低下に関わることが明らかになった。さらに、認知機能障害を呈する老化促進マウスを用いて、血管炎症と神経炎症をつなぐ血中炎症因子を探索した結果、大動脈瘤の誘導により血中IL-6やGM-CSFの炎症性サイトカインが上昇することが突き詰めた。今後はインターロイキン系やGM-CSFなどの炎症性サイトカインが神経炎症および老化に寄与する作用機序を明らかにし、血管炎症から脳・神経炎症・老化につながる階層構造を明らかにすることを目指す。昨年度までは野生型マウスにおいて、自然老化(若齢:23ヶ月、中齢:12ヶ月、高齢:24ヶ月)や血管炎症により、神経細胞数の減少や活性化ミクログリア数の増加、さらに学習能力の低下(評価方法:モリス水迷路試験)が認められることを明らかにした。平成30年度は実際、海馬CA3領域内の神経細胞の減少やミクログリアの活性化がシナプス機能に影響を与えるかを検討し、学習能力と脳の情報処理能力との関係を調べた。具体的には電気生理学的測定法を用いて、細胞外電極によるフィールド電位記録によって神経細胞の活動を測定し、シナプスの応答を記録・評価した。まず自然老化マウスにおいては高齢マウスでシナプス活動の強さを表すfield excitatory postsynaptic potential(fEPSP)の立ち上がり相の傾き(slope)値が低下する傾向がみられた。さらに若齢と中齢マウスを用いて、大動脈瘤の誘導を行いシナプスの機能を評価したところ、若齢マウスでは大動脈瘤の誘導によりfEPSPslope値に変化は認められなかったものの、中齢マウスの大動脈瘤誘導群ではsham群に比べてfEPSPslope値が低下する傾向がみられた。このような高齢マウスや中齢の大動脈瘤誘導マウスで得られたシナプス機能の低下傾向は学習能力の低下と類似した結果であり、海馬のシナプス機能と学習能力が相関している可能性が示唆された。