hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝幹細胞の増殖と分化に関する研究

さらに肝細胞系表面分化マーカー(アルファフェトプロテイン,アルブミン),胆管細胞系分化マーカー(サイトケラチン7・19)を使用し,肝細胞・胆管細胞への骨髄細胞の分化の有無について検討した。(結果)GFP陽性細胞が持続肝障害群においては,肝臓に遊走され,GFP陽性細胞が,肝細胞および胆管細胞の分化マーカーを併せて発現していることが明らかに。このモデルは骨髄から肝細胞・胆管細胞への新しいin vivo modelの開発に成功したと考えられた。[HHMの機能解析]平成13年度からは,肝幹細胞(oval cell)の発生する一つのモデルのコリン欠乏アミノ酸置換食投与ラットにおいて肝過形成結節のFociにHHM mRNAの発現が上昇していることが明らかになった。またHHMを認識する抗体を既に作成し,実際の肝細胞癌において高率に陽性細胞の存在の確認をHHMの発現が上昇していることが明らかになった。またアデノウイルスHHMを作成し,HHMが細胞周期のS期を増加させることが明らかになった。平成14年度までの研究経過我々はGreen Fluorescent Protein (GFP)トランスジェニックマウスを用い骨髄細胞からの肝細胞への分化増殖のin vivo評価モデルを世界に先駆け開発した(GFP/CCl4モデル)。このモデルにおいては,持続的な四塩化炭素(CCl4)投与による肝障害時に,骨髄細胞から肝細胞への分化・増殖が確認され,骨髄細胞投与後,肝臓内の骨髄細胞は25%まで増加し,肝細胞索構造を構築した(特願2001-271240号)。この研究成果については2年1回開かれる2002 FASEB Summer Research Conference" Mechanism of liver growth, differentiation and molecular pathogenesis of hepatic diseaseにて招待講演を行った。さらにこのモデルの解析の結果、骨髄細胞投与により、血清アルブミン値の回復、生存率も有意に骨髄細胞の非投与群に比べ有意差を持って改善していた。最近問題になっている、この分化転換において細胞融合の関与は少ないと考えられた。また肝線維化も有意に改善していた(この結果については2002年度アメリカ肝臓病学会総会プレナリーセッション口頭発表)。以上にことより、自己骨髄細胞を用いた肝臓再生療法は臨床応用可能な次世代の移植医療になりえると考えられた。さらにこの骨髄細胞から肝細胞への分化制御機構について解析を行った。骨髄細胞投与後1日目からHOX型やHLH型の転写因子が動いており、骨髄細胞から肝細胞への分化過程において、発生段階の形作りに関与する遺伝子群が動き初期に動き、その結果肝細胞へ分化したと考えられた。[HHMの機能解析]我々が同定した新規dominant inhibitor HLH型転写制御分子HHMについて、ラットの肝発癌モデルとして、肝幹細胞(oval cell)の発生する一つのモデルのコリン欠乏アミノ酸置換食投与ラットを用いた解析の結果、肝過形成結節のFociにHHM mRNAの発現が上昇していることが明らかになった。これらの結果は肝発癌制御と肝幹細胞の分化制御機構との間には共通の機構が存在すると考えられた。
非毒性版画技法を応用した美術教材の開発研究

先進の技法研究に取り組む海外研究機関(ベルギー、アメリカ)の訪問調査を行い、非毒性版画技法を取り巻く現状と課題を把握した。この技法を応用した美術教材開発については、教育現場との協働により模擬授業を含む教師向けワークショップを重ねながら、塩化ビニル板を用いた版画教材を完成させた。一連の開発プロセスにおいて、学校現場で用いられる版画教材の諸問題についても整理できた。このことにより、教材だけでなく教育内容・教育方法開発の必要性が明らかになった。本研究プロジェクトで得られた知見と研究成果をもとに、教師用手引書と位置づけた技法ガイドブックを企画・執筆・出版した。本研究の目的は、非毒性版画技法を応用した美術教材を開発するとともに、教育現場への直接的なアプローチとして、美術教師向けワークショップの有用性を検証し、そのプロトタイプを作成することにある。本プロジェクトの初年度であった本年は、ベルギーに研究出張し、非毒性版画技法研究に関する情報収集と美術教師向けワークショップの実情について調査した。技法研究については、ゲント美術アカデミー(Academie voor Beeldende Kunst, Gent)の訪問調査を行い、技法研究の取り組みについての最新情報を収集した。とりわけポリエステルを版材とした新しい技法は、今後の教材開発に活かせるものである。リトグラフの原理を応用したこの技法は、入手が容易な銅版画用インクを用い、エッチングプレス機で刷ることができる。美術教師向けワークショップについては、2009年10月12日、ルーヴァン美術アカデミー(Stedelijke Academie voor Beeldende Kunst SLAC)にて開催されたセッションに参加し、有意義な知見を得た。このセッションには、ベルギー、オランダの高等美術教育機関および成人教育機関(DKO : Deeltijds kunstonderwijs)において実技指導にあたっている教員約30名の参加があり、パネルディスカッションでは、非毒性技法導入に伴う教育現場でのトラブル等について活発な意見交換が行われた。また、2009年10月14日にはゲント美術アカデミーにおいて1時間程度のスライドレクチャーを開催した。湊の技法(PVCカラーエッチング/ゴムローラーを多用した刷り)の紹介と併せて、オープンディスカッションを行った。本研究の目的は、非毒性版画技法を応用した美術教材を開発するとともに、教育現場への直接的なフィードバックと位置づけた美術教師向けワークショップの有用性を検証し、そのプロトタイプを作成することにある。プロジェクトの2年目にあたる今年度は、(1)非毒性版画技法を応用した美術教材の開発、(2)海外の先進研究機関の訪問調査、(3)美術教師向けワークショップの有用性の検証を中心に研究を行った。研究のこれまでの成果(途中経過)を大学美術教育学会で発表した。(1)学校現場でのワークショップおよび模擬授業を重ねながら、学校教材として塩化ビニル版を用いた非毒性版画の技法開発を行った。版画技法には文章では表しきれない勘所やコツが多く存在し、学校現場における実地指導が極めて有効であることを明らかにできた。(2)アメリカに研究出張し、非毒性版画技法の産みの親であり、現在もこの分野の第一人者として活発な研究・教育活動を展開しているKeith HOWARD氏(ローチェスタ工科大学教授)を訪ねた。現在の非毒性版画技法を取り巻く現状と課題についてのロングインタビューを行った。ローチェスタ工科大学芸術学部版画専攻アトリエも視察調査できた。併せて、同じくこの分野をリードするコロンビア大学シカゴ校准教授のFriedhard KIEKEBEN氏も訪ねた。コロンビア大学シカゴ校では、非毒性版画技法研究を中止せざるを得ない状況に置かれている。伝統技法との共存に大きな課題が残っており、技法開発よりも、むしろ技法伝播が大きな難題となっている世界的傾向が明らかになった。(3)ベルギーよりMarnix Everaert氏(ゲント美術学校教授)を講師に招き、現職教師向けのワークショップ<http://chiiki.ad.u-fukui.ac.jp/www/event/detail.jsp?id=588>を企画・実施した。非毒性銅版画技法のほかに、ポリエステルプレートを用いたリトグラフ技法の実習と制作を行った。本研究の目的は、非毒性版画技法(Non-Toxic Printmaking Techniques)を応用した美術教材を開発するとともに、学校現場(初等中等教育機関)への直接的なフィードバックとして、美術教師向けワークショップのプロトタイプを構築し、この技法を広く普及させることである。研究プロジェクトの終了年となったH23年度は、これまでの研究成果を整理し、学校現場のニーズに応えるかたちでフィードバックする方法を探った。当初は研究報告書の出版を計画していたが、教員向けワークショップを展開させるためには、技法と一連の制作の流れを紹介できるガイドブックがより有効であるとの考えに至った。そこで、これまでにワークショップ参加者に配布していたA4数枚の配布資料をベースにし、『Creative Thinking, Prints Workshop, Teacher's guide』と題した指導ガイドブックを執筆出版することにした。企画段階よりエディターとデザイナーにも加わってもらう形で編集を進め、視覚的・直感的に理解しやすい内容を目指した。2012年3月刊行。この指導ガイドブックには以下2つの特徴がある。

(1)版画技法の解説のみならず、導入・作画プロセスと、鑑賞・評価プロセスについても取り上げた。(2)版画には言葉での説明が困難なコツが多くあることから、本技法ガイドブックの内容にリンクさせる形で制作プロセスをビデオ撮影し、動画サイトで公開した。なお、教師向けワークショップの開発については、教育現場との協働をベースに研究を進めた。一連の取り組みについては、福井大学教職大学院ラウンドテーブルのセッションにおいて発表し、教育現場との協働による授業内容・教材開発の有用性を検証した。
同相群の総合的研究

(1)2002年12月、2004年2月、2004年12月と毎年、「同相群とその周辺」研究集会を京都産業大学にて開催し、研究交流を行った。その中で、毎回阿部氏との共同講演を行った。(2)2002年9月、日本数学会秋季総合分科会において、中村氏との共同研究「リプシッツ同相群の位相的・代数的性質」を発表した。(5)2004年10月、"葉層構造とその周辺"研究集会において「同変微分同相群の構造と葉層構造への応用」と題して講演を行った。(8)阿部氏と有限群が作用する同変微分同相群およびその応用について共同研究をまとめ、阿部-福井の共著論文として準備中である。(9)毎年1,2回、信州大学において阿部氏との研究打ち合わせを行った。今年度の実績として,次のような結果を得た.(1)実または複素座標空間の多項式自己同型群の部分群の1次元ホモロジー群を計算した.特に2次元座標空間の多項式自己同型群の1次元ホモロジー群を決定した.この結果は横断的代数的葉層の位相と密接に関係している.(2)R^nの原点を保つコンパクトな台を持つリプシッツ同相群H_<LIP>(R^n,0)の1次元ホモロジー群について考察し,コンパクト開リプシッツ位相の下で,その連結成分は完全である事を示した.さらに有限群作用の同変リプシッツ同相群の完全性を示し,その応用として,軌道体やコンパクト・ハウスドルフ葉層を保つリプシッツ同相群の連結成分は完全である事を示した.この群のコンパクト開位相の下での連結成分L(R^n,0)_0はH_<LIP>(R_n,0)_0と異なる様相を示す事も分かってきた.(3)リプシッツ多様体M, Nのリプシッツ写像空間H_<LIP>(M,N)について考察し,コンパクト開リプシッツ位相の下でMがコンパクトのとき,リプシッツはめ込み,沈め込みおよび埋め込み全体はH_<LIP>(M, N)の中で開集合である事を示した.又,非コンパクト・リプシッツ多様体の必ずしもコンパクトな台を持つとは限らないリプシッツ同相群のリプシッツ強位相の下での連結成分は完全である事を示した.さらにRのリプシッツ同相群について考察し,有界リプシッツ同相群の全体はリプシッツ同相群の連結成分になり,完全である事を示した.(1)2003年8月4日-9日、フィンランドのヘルシンキで開催された「Transformation Groups and Related Topics」に出席した。特にヘルシンキ大のJ.Luukkainen氏とのリプシッツ同相群についての議論は有益であった。(3)2003年9月10日-19日、龍谷大学で開催された国際研究集会「Geometry and Foliations Kyoto 2003」において、「Commutators of Lipschitz homeomorphisms」と題して講演を行った。講演の内容は今までの総合報告と次のようである:ユークリッド空間の原点を保ち、コンパクトな台を持つリプシッツ同相群は完全である。また、軌道体のリプシッツ同相群やコンパクト・ハウスドルフ葉層を保つリプシッツ同相群は完全である。(4)2003年11月1日-3日、三重県海山町において、「海山微分トポロジー」研究集会を開催し、「微分同相群について」と題して講演を行った。主な内容は次の通り:余次元1コンパクト葉層構造を保つ微分同相群の1次元ホモロジーを決定した。(5)2004年2月、京都産業大学にて研究集会「同相群とその周辺」を開催し、「境界をもつ多様体の微分同相群の構造とその応用」と題して講演を行った。(6)京都産業大学の大学院生中村氏とリプシッツ写像の位相的、代数的性質について共同研究をまとめ、福井-中村の共著論文として発表の予定である。その中で、阿部氏との共同講演を行った。

(5)2004年10月、"葉層構造とその周辺"研究集会において「同変微分同相群の構造と葉層構造への応用」と題して講演を行った。(8)阿部氏と有限群が作用する同変微分同相群について共同研究をまとめ、阿部-福井の共著論文として準備中である。(9)毎年1,2回、信州大学において阿部氏との研究打ち合わせを行った。
歯牙移動による歯槽骨リモデリング機構における新規分子の役割

これまで、PRIP-1の組織特異的な遺伝子発現の制御機構の解明を目的として研究を行ってきた。そこで、比較的ユビキタスに発現しているPRIP-2遺伝子の構造の解析を行った。その結果、PRIP-2の転写開始点は複数認められ、転写産物はいくつかあることが示唆された。矯正力による歯牙移動のメカニカルストレスにおけるPRIP蛋白質の役割についての解析を行うことにした。歯牙移動マウスとコントロールマウスでのPRIP-1、PRIP-2およびGABAA受容体の各サブユニットの発現量の解析を行った結果、有意差は認められなかった。脳に特異的に発現しているPRIP-1に比べPRIP-2は比較的ユビキタスに発現している。そこで、PRIP-2遺伝子の構造の解析を行った。組織或いは培養細胞のRNAを用いて、逆転写反応によりcDNAを作製し、クローニングを行い、その全塩基配列を決定した。またPRIP-1では選択的スプライシングが行われていたため、PRIP-2の転写産物についてもRT-PCRによって、解析を行った。しかしながら、PRIP-2においては、選択的スプライシングによる転写産物を検出することができなかった。矯正力によるメカニカルストレスにより、歯根膜腔の未分化間葉細胞が骨芽細胞へと分化し、種々の因子を発現知ることで歯槽骨のリモデリングが活性化され、歯が移動する。骨芽細胞において、Caレセプター(CasR)を介し、PLC活性が調節されるといわれている。そこで、矯正力による歯牙移動のメカニカルストレスと、PRIP蛋白質の関係についての解析を行うことにした。12週齢の雄マウスの前歯部を固定源として、ニッケルチタンオープンコイルを用いて、約10gの矯正力を加え、1週間、粉餌で飼育し、臼歯部を後方移動させ、歯牙移動マウスを作製した。。歯牙移動マウスとコントロールマウスでのPRIP-1およびPRIP-2の発現量をリアルタイムPCR法を用いて解析を行った結果、両者に有意差は認められなかった。さらに、GABA_A受容体の各サブユニット(α1、β2/3、γ2)の発現量も調べたが、有意差は認められなかった。今後、PRIP-1ノックアウトマウスの歯牙移動を行い、WTとの比較検討を行っていく。転写開始点を決定するために5'RACE法やキャップサイティング法を行った。その結果、PRIP-2の転写開始点は複数みとめられ、転写産物はいくつかあることが示唆された。またPRIP-1では選択的スプライシングが行われていたため、PRIP-2の転写産物についてもRT-PCR解析を行い、その間のシークエンスをした。しかしながら、今回の研究では、PRIP-2においては、選択的スプライシングによる転写産物を検出することができなかった。。
パテントファミリー・データの活用によるイノベーション指標の改善に関する研究

本研究の主な目的は、科学技術政策やイノベーション振興政策の評価に資するため、特許データを用いてイノベーション活動に関する質的・量的な評価指標を開発することである。本研究では、日本特許庁から提供された特許統計データに加えて、OECDの作成する三極パテントファミリー・データを利用し、日本の特許制度変更が特許件数に与えた影響を補正する方法の開発を行った。日本国内の特許出願数は1988年に施行された改善多項制導入の影響を大きく受けており、以前から多項出願を運用してきた欧州や米国の出願人が、日本における改善多項制導入後直ちに多項出願を取り入れているのに対して、内国人出願人は徐々に請求項数を増加させていることが明らかになった。ただし、これらの動向は技術分野によって大きく異なり、医薬品やバイオ分野では内国人出願の請求項数が外国人出願人とほぼ同じになったのに対して、自動車やエレクトロニクス分野では未だに大きな差があることがわかった。このような請求項数を含む複数の指標について、経済産業研究所で実施した発明者サーベイの結果と組み合わせて、特許価値の構造を検討した。この結果、特許の価値には少なくとも「技術的価値」と「ビジネス上の価値」の2つの因子があり、請求項数は前者の因子との関係が深いことがわかった。これらの結果は、RIETI Discussion Paperで発表の予定である。また、EPO/OECD Workshop on patent statistics for policy decision making(1997年10月:ベニス)およびOECD Patent Manual Workshop(1998年3月:パリ)に参加し、欧米の研究者とこれらの情報に関する意見交換およびディスカッションを行った。1. OECDに研究目的を明記して申請を行い、三極パテントファミリーの生データを入手した。生データから必要な項目を抽出して、リレーショナル型のデータベースを構築した。データの構成を検討した結果、日本特許に付与されている番号は、各種の体系の番号(出願番号、公開番号、登録番号等)が混在しており、これらを統一番号体系(出願番号を想定)に変換する必要のあることが判明した。引き続き、東京大学で開発した特許書誌情報データベースを利用して、番号体系の統一をはかる予定である。2.三極パテントファミリーのデータは、日米欧全てに出願された特許を対象としているが、本研究ではさらに国際出願願特許について二極出願(日本以外に米もしくは欧州)特許のデータの活用を図りたい。このためのデータベースとして、EUのPATSTATデータベースが研究者向けに提供が開始されていることがわかったので、利用申請を行い生データを入手した。この生データをもとに、リレーショナル・データベースの構築を行っている。3.国内および海外の研究コミュニティと情報交換を行った。平成18年度は、海外については欧州の研究者との交流を行うため、イタリアのボッコーニ大学で2006年12月11日に開催されたEPIP主催のPatVal-2ワークショップに参加した。同ワークショップには、ボッコーニ大学のほか、OECD事務局、ミュンヘン大学、サンタアナ大学、カーネギーメロン大学などの研究者が参加し、特許統計の利用や発明者サーベイなどについて活発なディスカッションが行われた。今後もこれらの研究機関の研究者と連絡を取って、欧州のデータとの比較検討を行い、ワークショップやセミナーなどへの参加を検討する。
大規模ランダム行列を用いたモデル選択と機械学習理論

カーネルマシンのモデル選択に必要な,カーネルグラム行列のNystrom近似では次元削減を二段階で行い,それぞれに対して次元削減割合に対応するパラメータを設定する必要がある.ここで,近似が二段階であるため,計算量と近似誤差の間にはトレードオフの関係が成立し,次元削減パラメータの最適化の必要が生じる.そこで本研究では変分法等の計算物理学的な大規模ランダム行列解析の手法を用いて,分布に関する適当な仮定のもとでこのパラメータを最適化した.また,手書き文字データにおいてカーネルグラム行列の次元削減の最適化が有効に働くことを実験的に確かめた.またNystrom法の近似誤差のPAC学習的な上界を列の復元抽出の場合,列の非復元抽出の場合に分けて証明し,結果として一致性も証明した.さらに発展させ, Sparse greedyapproximationやIncomplete Cholesky decompositionなどの他のカーネルグラム行列の近似手法にも適用できることを示した.この研究と並行して,可換代数的な解析手法として計算機代数を漸近推定理論に応用し新しい推定量を提案した.また代数的なモデルの例として木構造を持つ心内辞書デンドログラムの新しい解析手法を提案した.本研究の目的は,大規模ランダム行列理論を用いた大規模データのモデル選択手法の開発及び機械学習理論への応用である.近年機械学習分野で想定されることの多い巨大なデータを解析する際には,既存の統計学的手法を用いることはできない.その主たる問題点として(i)データの次元がサンプル数と同程度か,それより多いというp>>n問題,(ii)計算量の問題,(iii)モデルの構造化の問題の三点があげられる.一方近年の確率,統計学および統計物理の両分野のにおける大規模ランダム行列理論の発展はめざましい.本研究では,これら両分野の理論と手法を統一することにより,上に述べた大規模データの解析の問題点(i)(iii)を解決することを目指す.カーネルマシンのモデル選択に必要な,カーネルグラム行列のNystrom近似では次元削減を二段階で行い,それぞれに対して次元削減割合に対応するパラメータを設定する必要がある.ここで,近似が二段階であるため,計算量と近似誤差の間にはトレードオフの関係が成立し,次元削減パラメータの最適化の必要が生じる.そこで本研究では変分法等の計算物理学的な大規模ランダム行列解析の手法を用いて,分布に関する適当な仮定のもとでこのパラメータを最適化した.また,手書き文字データにおいてカーネルグラム行列の次元削減の最適化が有効に働くことを実験的に確かめた.またNystrom法の近似誤差のPAC学習的な上界を列の復元抽出の場合,列の非復元抽出の場合に分けて証明し,結果として一致性も証明した.さらに発展させ, Sparse greedyapproximationやIncomplete Cholesky decompositionなどの他のカーネルグラム行列の近似手法にも適用できることを示した.この研究と並行して,可換代数的な解析手法として計算機代数を漸近推定理論に応用し新しい推定量を提案した.また代数的なモデルの例として木構造を持つ心内辞書デンドログラムの新しい解析手法を提案した.今日.パターン認識や機械学習で用いられるカーネル法では,データ数×データ数のサイズのカーネルグラム行列を計算する必要があり,数万数十万のオーダーのデータ数を扱う場合, Nystrom近似法などのカーネルグラム行列の近似計算は,不可欠である.本年度は,数理物理的解析手法および大規模ランダム行列理論を用いて,カーネルグラム行列の近似手法の一つであるNystromの二段階近似の最適化を行うという,本研究者により提案された手法をさらに発展させ, Sparse greedy approximationやIncomplete Cholesky decompositionなどの他のカーネルグラム行列の近似手法にも適用できることを示し,統計関連学会連合大会において紹介した。また, PAC学習,経験過程理論を用いた近似精度の評価も, Nystrom法の場合と同様に適用可能であり,一致性を証明することができる.さらに,本年度は4年計画の1年目であり,今後の研究に必至な基礎的な理論や手法に関する知識の習得につとめた.具体的には,大規模ランダム行列理論の基礎となる.リー群論,非可換代数理論,可換代数論,代数幾何学,代数統計学等の数学,および大規模ランダム行列理論を用いたデータ解析に必要な統計物理学の理論的基礎付け,平均場理論,鞍点法,くりこみ等の具体的計算手法についてその理論的妥当性や計算有効性について,複数の輪読,セミナー,学会,講義で発表,聴講を行った.

また,モデル選択と関連が深いBayes予測理論を用いて,線形回帰分析の予測誤差を改良する研究についての論文が採録され,それに関する国際発表を二件行った.本年度は,大規模ランダム行列理論の基礎とするため,まず可換部分である代数統計学を調べるため,ロンドン・スクール・オブ・エコノミクスのHenry Wynn氏と共同研究を行った.主に可換代数学を用いる代数統計学を情報幾何学の問題の代数化,推定量の有効性の条件を与える微分幾何学的特徴量の代数的計算手法を提案した.具体的には,曲指数型分布族のうち代数的な計算が計算機により実行できるようなモデルのクラスを提案し,また,同様に代数的計算ができるような推定量のクラスを提案した.これを用いれば,例えば対数周辺分布族に対して,高次有効で代数的な推定量を提案することができる.これらの代数的な手法は,現時点では大規模なデータ構造や特異モデルには対応していないが,今後これらのモデルに一般化されることが期待される.本調査研究の具体的な研究成果については,Henry Wynn氏,Eva Riccomagno氏(ジェノバ大学数学科)との共著論文として発表予定である.また,情報幾何学的な考察に基づいたベイズ予測の回帰モデルについて,ロンドン大学クイーン・メアリー校の統計学科で発表した.Henry Wynn氏はベイズ理論を代数的に正当化する方法を研究しており,情報幾何学によって自然に正当化されるベイズ予測についても,代数的に正当化する可能性についてHenry Wynn氏と議論した.このアイデアを進めれば,情報幾何学のより深いレベルでの代数化につながる可能性がある.また,同じく代数的統計モデルの一つであるデンドログラムモデルについての並べ変え検定について統計関連大会連合大会において発表した.本年度は,代数統計学の共同研究のため,ロンドン・スクール・オフ・エコノミクスに長期海外出張し,全く新しいアプローチから統計モデルに代数的手法を導入した.まず,モデルと推定量が代数的に(多項式を用いて)定義される場合を考えた.この仮定は一見強く思われるが,ポアソン分布や多項分布などの分割表モデルや,ガウス分布で共分散行列に多項式制約がつく場合など適用範囲は広い.この場合において,まずフィッシャー情報計量やアファイン接続,埋め込み曲率などの情報幾何学的量を代数的に計算し,二次漸近有効性の十分条件をこれらを用いて表す.この十分条件を満たす代数的な推足量のクラスは,二次漸近有効な推定量全体の中で充分豊かであり,また局所的に推定値の一意的な存在を示すことができる.次に,この二次漸近有効な推定量のクラスの推定方程式は代数的に単純な形をしていることから,その中に2次以下の連立多項式方程式で表されるようなものが存在することが示される.また尤度方程式からグレブナー基底による剰余を行うことにより,その連立多項式方程式を導出することができる.多項式の次数が下がると,ホモトピー連続化法などの数値計算手法を用いた推定値の計算の計算量を本質的に削減できるという利点がある.実際,数個実験によって計算量の本質的な削減を確認できたまた,心内英単語辞書の相違の統計的解析についての結果をIMS Annual Conferenceで発表した.この研究では,心内辞書をランダム距離行列とみなして,その相違の新しい検定手法を提案した.本年度は,昨年度から引き続き,代数学の手法を用いて,漸近的有効性が保証されている上に計算量の少ない推定量を構成する手法について研究,提案した.この手法は,今日発展がめざましく応用が期待されるグレブナー基底やホモトピー勾配法などの計算機代数学を用いた推定理論として,これまで例がなく,新しい統計学の方向性として期待されるものである.本研究成果について,国際学会(WOGAS 3)や国内学会(IBIS-ML)の招待講演として発表した.また,これとは別にベイズ事前分布を評価する手法としてしられるDeRobertis分離度を用いた手法の理論的評価を行った.DeRobertis分離度を用いた手法は,分配関数の計算を必要としないため,例えばKLダイバージェンスや全変動距離を用いた手法と比べて,より広いクラスのモデルに対して有効である.しかしこれまでの研究では,その理論的評価は緩い上界を用いたものであり妥当性に疑問があった.
UWBレーダードップラー分離干渉計法による人体の高次モニタリング

UWB(超広帯域)レーダーを用い、人体各部の動きに伴う微小なドップラー効果を利用して人体形状をイメージングすると共に動作状況を把握する手法を開発した。屋内外の環境を想定した複数歩行人体を分離識別し、個別に追跡することに成功した。また家庭内やオフィス環境において複数の人が存在する状況で、各人の呼吸および心拍に伴う微小な体表面の変位を検出し、遠隔でこれらのバイタル情報をモニターする手法を確立した。人体の各部は、運動中はもちろん、就寝時においても複雑な運動をしている。申請者らはUWB(超広帯域)パルスレーダーを用いて、目標の運動に伴う微小なドップラー偏移を検出し、時間・周波数領域で複数目標を分離した上で、干渉計法の原理によって複雑形状物体の位置、形状、運動を把握する手法を開発してきた。本研究ではこれらの手法を人体の運動に特化し、実用性能を向上させて、さまざまな社会的ニーズに対応できるイメージング手法を実現することを目的とする。初年度となる本年度は、研究目的に掲げた3つの課題(次項参照)を、従来の成果によって開発した手法に加え、それらを発展させた以下の手法を組み合わせることで達成した。A.周波数領域干渉計(FDI)法による近接反射波の分離と高精度決定:申請者らは、FDI法を医用超音波イメージングに適用するため、信号相関関数の周波数領域平均化による相関抑圧を導入した手法を開発し、強い相関性を持つ生体各部からの信号の分離に成功した。本年度は、複数の歩行人体を目標とするドップラー分離干渉計法に応用することを想定した基礎的数値シミュレーションを行い、本手法の妥当性を確認した。B.複数方向からのドップラー干渉計法による多数目標の2次元分離追跡:これまでに開発してきた手法では、アンテナから見た方向の速度(視線速度)のみにより目標を識別する。本年度は単純形状物体について、複数基線の干渉計による速度ベクトル決定の原理を検証した。C.圧縮センシングを用いた高解像度時間・周波数分離手法の開発:遠隔バイタルモニターにおいては、呼吸(0.5Hz程度)と心拍(12Hz程度)という近接した周波数の信号を分離する必要がある。本年度はレーダーによる被験者の実測を行い、安静な状態について両信号の分離が可能であることを検証した。本研究ではこれらの手法を人体の運動に特化し、実用性能を向上させて、以下の社会的ニーズに対応できるイメージング手法を実現することを目的とする。第2年度となる本年度は、従来の成果によって開発した手法に加え、それらを発展させた以下の手法を組み合わせることで当該年度の目標を達成した。A.周波数領域干渉計(FDI)法による近接反射波の分離と高精度決定:申請者らは、このFDI法を医用超音波イメージングに適用手法を開発し、強い相関性を持つ生体各部からの信号の分離に成功した。本年度は、受信波形が参照波形と異なることを考慮し、複数の参照波を準備してこれらの最適な合成により目標の正確な位置を決定することに成功した。これと壁面反射を利用する手法を統合し目標の2次元的分離を可能とする。本年度は人体の平面断面を胴体と両腕の3部分で構成されるモデルで表現し、これらを個別に追跡し、それぞれの形状を正確に再現することに成功した。本年度はこの問題に対してトポロジー相関という新しい概念を導入し、サイクルごとに異なる心拍波形に柔軟に対応して正確な心拍抽出を可能とした。第3年度となる本年度は、従来手法を発展させ、以下の手法のそれぞれについて理論と実験を組み合わせて高度化を進めた。A.周波数領域干渉計(FDI)法による近接反射波の分離と高精度決定:本手法は主に医用超音波イメージングの分野で応用が進み、急速に発展している。本年度は、これらの手法の実用化において大きな問題となっている演算負荷の低減のためにいくつかの高速化アルゴリズムを提案し、その有効性を実証した。B.複数方向からのドップラー干渉計法による多数目標の2次元分離追跡:本年度は、従来の干渉計で問題となる同一距離に存在し同一速度を有する複数目標の分離識別のために、アダプティブアンテナ技術を導入したアルゴリズムを開発し、並進する複数人体の分離イメージングの高性能化に成功した。

C.圧縮センシングを用いた高解像度時間・周波数分離手法の開発:本研究では、遠隔バイタルモニターにおいて大きな問題となる呼吸と心拍の成分を分離する手法としてトポロジー相関法を開発し、その有効性を検証してきた。本年度は、人体各部を観測した実データに基づき、提案手法が心電計に匹敵する精度を有することを実証し、この手法が胸のみでなく足裏などの測定にも適用可能であることを示した。本研究では、申請者らが開発してきたこれらの高分解能イメージング手法を人体の運動に特化し、目標を特定することで実用性能を向上させて、以下の社会的ニーズに対応できるリモートセンシング技術を実現することを目的としている。1.屋内および建物周辺における侵入者を正確に検知し、その動作を把握する。2.ショッピングモール等において複数歩行者の運動を把握・追跡し、カート等の走行を支援する。3.家庭内における家族のそれぞれを同定し、遠隔で呼吸や心拍などのバイタルモニターを行う。上記の実績の概要に記載の通り、本年度はこれらの目的のそれぞれについて、アルゴリズムの改良を進め、数値シミュレーションと実測データに基づいて検証を行って、これらの有効性を実証した。この結果に基づき、本研究は所定の期間内に目標を達成できる十分な見通しを得た。計画第3年度の進捗として順調と判断している。人体の各部は、運動中はもちろん、就寝時においても複雑な運動をしている。申請者らはUWB(超広帯域)パルスレーダーを用いて、目標の運動に伴う微小なドップラー偏移を検出し、時間・周波数領域で複数目標を分離した上で、干渉計法の原理によって複雑形状物体の位置、形状、運動を把握する手法を開発してきた。本研究ではこれらの手法を人体の運動に特化し、実用性能を向上させて、さまざまな社会的ニーズに対応できるイメージング手法を実現することを目的とする。第4年度となる本年度は、従来手法を発展させると共に実用化を視野に入れ、以下の手法のそれぞれについて理論と実験を組み合わせて高度化を進めた。A.周波数領域干渉計(FDI)法による近接反射波の分離と高精度決定:本手法は主に医用超音波イメージングの分野で応用が進み、急速に発展している。本年度は、これらの手法の実用化において大きな問題となっている演算負荷の低減のために提案したいくつかの高速化アルゴリズムについて、その有効性を実験的に検証し有効性を確認した。B.複数方向からのドップラー干渉計法による多数目標の2次元分離追跡:本年度は、従来の干渉計で問題となる同一距離に存在し同一速度を有する複数目標の分離識別のために、導入したアダプティブアンテナ技術を改良し、最適化することで、並進する複数人体の分離イメージングのリアルタイム化に成功した。本年度は、19人の被験者を観測した実データにこれらを適用し、提案手法が様々な体型の成人に適用可能である一般性を有する技術であることを示した。
拡散テンソルによる神経認知機能障害の解明ー双極性障害の神経発達仮説を越えてー

本研究の目的は、双極性障害(BD)の神経認知機能障害と、拡散テンソル画像(DTI)を用いた異方性低下の関連の検討である。平成23年度は、双極I型障害(BpI)5名(男/女=3/2、34-44歳)、双極II型障害(BpII)5名(男/女=3/2、25-49歳)、および性別と年齢をマッチさせた健常対象者(Hc)7名(男/女=4/3、30-45歳)の神経認知機能検査(統合失調症認知機能簡易尺度日本語版BACS)および3テスラ憾工を用いたDTIの測定を行い、予備的な解析を行った。神経認知機能検査では言語性記憶、DTIでは脳梁、左前視床放線、左鈎状束のFA値(fractional anisotropy)に対する解析を行った。本研究の目的は、双極性障害の神経認知機能障害と、拡散テンソル画像で測定される異方性の低下との相関を調べ、神経認知機能障害の神経基盤およびその危険因子の解明、臨床的にその進行を回避する戦略を開発することである。3年間の計画で行う本研究の1年目である平成22年度は、健常成人および対象患者を計画通りエントリーした。研究への参加者には、神経認知機能検査(統合失調症認知機能簡易評価尺度日本語版)および拡散テンソル画像検査(3T MRI)の測定を行った。また、臨床的パラメータ(初発年齢、入院回数、躁病エピソード数、精神病症状の有無、罹病期間、測定時の臨床症状など)の収集を行った。これらは現在も進行中である。疾患特異的な神経認知機能障害の評価方法の開発を目的に、言語性記憶検査の繰り返し試行における双極性障害19名および大うつ病6名における差異を検討した。この方法では、15単語の言語性記憶を5回繰り返して試行し、エンドポイントに至るまでの回数をlog-rank testにて検定し、双極性障害と大うつ病の間で有意な差を示した(Chi square=7.1,df=2,P value=0.008)。現在も引き続き、参加者のエントリー及び評価方法の検討を行っている。拡散テンソル画像は当初予定していた1.5Tesla MRIから3Tesla MRIに切り替えて撮像を行った。前頭前野(眼窩、内側、背外側)および前部帯状回からの線維連絡を標的として解析を行っている。
TLRを介した天然薬物中のスチルベン類の抗腫瘍効果

【研究目的】本研究は、癌増殖や癌転移に関わる宿主側の血管内皮細胞上のVEGFR受容体-2の発現および癌組織側のVRGHF産生やCyclooxygenase-2(COX-2)発現、マクロファージでの自然免疫(Toll-like受容体、TLR)機能と関係を天然物および合成した21種類のStilbene類で作用を検討し、さらに抗腫瘍活性を検討した。【研究実績の概要】1.癌増殖・癌転移に関わるマクロファージと血管新生に関する研究:各種Stilbene類の評価に先立ち、癌増殖・癌転移に関わるマクロファージと血管新生について検討した結果、マクロファージの腫瘍組織への浸潤がMCP-1発現、VEGF産生、HIF-1α発現および腫瘍血管新生を増加することを見出した。2.腸管リンパ球の活性化による抗腫瘍効果に関する研究:各種Stilbene類の評価に先立ち、腸管リンパ球の癌増殖・癌転移に検討した結果、腸管リンパ球およびマクロファージを活性化する天然素材は、抗腫瘍・抗転移活性を有することを見出した。3.21種類のStilbene類の抗腫瘍効果に関する研究:3種類のDihydroxystilbene類がVEGFによる血管新生、VEGF受容体-2リン酸化、MMP-9発現を強く抑制することを見出したが、COX-2発現には影響を与えなかった。Colon 26移植マウスでの上記3種類のDihydroxystilbeneは、Resveratrol(Trihydorxystilbene)と同等の抗腫瘍活性を示し、その作用機構は、腫瘍血管抑制作用であることを示唆した。さらに、TLR変異マウスのマクロファージについて、上記Stilbeneは影響を示さなかった。TLR変異癌移植マウスでの抗腫瘍効果を検討中である。【研究目的】本研究は、癌転移に関わる宿主側の血管内皮細胞上のVRGF受容体-2のリン酸化、癌組織側のVEGF産生、HIF-1αやCyclooxygenase(COX)-2発現とマクロファージや脾臓細胞での自然免疫(Toll-like Receptor 4)機能活性化による天然物由来の各種Stilbene類を検討した。【研究実績の概要】2.血管内皮細胞上のVEGF受容体2-リン酸化も上記Stilbene類は1μM濃度で抑制した。3.低酸素下での大腸癌細胞(Colon 26)からのVEGF産生およびHIF-1α発現には上記Stilbene類は影響を示さなかった。4.上記Stilbene類およびResveratrolはColon 26でのCOX-2発現を増加した。COX-2活性はResveratrolによって抑制されたが、上記Stilbene類はCOX-2活性に影響を示さなかった。5.Colon26から分泌するMMP-9活性を上記Stilbene類は1および5μMで抑制した。6.現在、これら天然物由来のStilbene類について、TLR4変異マウスから得たマクロファージや脾臓細胞でのLPS応答について検討し、併せて、癌移植したTLR4変異マウスと野生型マウスでの抗腫瘍効果を比較検討し、その作用機構を明らかにする。(論文は投稿中)【研究目的】本研究は、癌増殖や癌転移に関わる宿主側の血管内皮細胞上のVEGF受容体-2の発現やリン酸化、および癌組織側のVEGF産生やCyclooxygenase (COX)-2発現、マクロファージでの自然免疫(Toll-like受容体4)機能活性化を天然物由来および合成したStilbene類の作用を検討した。活性の強い化合物を選び出し、Colon 26移植マウスを用い、抗腫瘍効果、腫瘍血管新生作用をIn Vivoで検討した。【研究実績の概要】

1.平成18年度は15種類のStilbene化合物を検討し、今年度は新たに6種類の化合物をタデ科Rheum属、Polygonum属およびマメ科Cassia属から6種類のStilbene化合物を単離し、以下の実験項目について評価した。a)VEGF誘導による血管新生阻害作用、b)血管内皮細胞上のVEGF受容体-2のリン酸化阻害作用、c)低酸素下での大腸癌細胞(Colon 26)からのVEGF産生抑制作用、d)Colon26細胞でのCOX-2発現および活性の阻害作用、e) Colon 26細胞でのMMP-9発現の抑制作用その結果、平成18年度で見出した3種類のDihydroxystilbeneよりも強い阻害活性を見出せなかった。3.Colon 26封入Chamber移植マウスでの腫瘍血管に対する影響を上記3種類のStilbeneを検討した結果、強い腫瘍血管新生抑制作用を見出した。
損傷大腸菌の検出に及ぼす培地内活性酸素の影響評価と有効な活性酸素消去剤の探索

食中毒を減少させるためには、原因となった微生物を検出し、混入経路を特定することが重要だが、それらが不明な事例もある。その理由として、原因微生物が損傷状態で、既存の培地及び培養法では検出が難しいことが挙げられている。近年、培地中の活性酸素が微生物の生育を阻害しており、活性酸素消去剤の添加により菌の生育が向上することが報告されたきた。そこで本研究では、食中毒原因微生物の大腸菌を対象として、電子スピン共鳴(ESR)スピントラップ法で培地内の活性酸素を解析することで、培地内活性酸素が損傷した大腸菌の検出に及ぼす影響を評価し、損傷大腸菌の検出率向上に有効な活性酸素消去剤を探索する。
木材・地盤の健全性と構造的地域性を考慮した伝統的木造住宅の地震対策法

伝統木造住宅の地震対策の際には、地域や住宅によって構造や使用木材、立地環境が異なる。本研究では、地域や住宅ごとに、木材や地盤の健全性を考慮した耐震診断を行うことを目指した研究を行う。本年度は、主に以下の3点に関して研究を行った。1)超音波を用いた完全非破壊型材料試験法の検討:既存木造住宅の耐震性能を評価する際には、使用木材の材料定数等が重要となる。本研究では、超音波を用いた非破壊試験から木材のヤング係数や内部欠陥を推定することを目標とし、超音波伝播速度に及ぼす要因を検討した。計測に用いた計測機器は、従来の円柱型ではなく尖頭形のセンサを有しており、既知の超音波を発信し、受信波形を記録することができる。試験法は木材の相対する面に発信・受信センサを設置する対面法と、同一面にセンサを設置する表面法を行い、木材の材軸方向と材軸直行方向の超音波伝播速度の分布を計測してその有効性を検証した。2)地域型伝統木造住宅の実態把握:徳島県にある重要伝統的建築物群保存地区の脇町の木造住宅を対象に実測調査、ヤング係数の推定、劣化状況の確認等を行った。その結果、昭和南海地震の際に、柱が間口方向に傾いた住宅が多い。また、間口方向の固有振動数が約2Hzと極めて低く、耐力が大幅に不足していると考えられる住宅が少なくないことを明らかとした。3) 2016年熊本地震の建物被害の分析:2016年4月に発生した熊本地震における建物被害の要因を分析することを目的として、益城町で建物被害の集中域を対象とし、空中写真を用いて建物の建築年と倒壊の判定を行った。その結果、建物倒壊被害の集中域は帯状であり、前震と本震の集中域にはずれがあること、1981年の新耐震設計法施行後に設計された建物でも、60%近くが倒壊した地域があったことを明らかとした。28年度が最終年度であるため、記入しない。
肺サーファクタント・アポ蛋白及びその遺伝子による呼吸器疾患の解析と臨床応用

本研究は、肺サーファクタント・「アポ蛋白」及びその遺伝子発現の動態を追跡することにより、呼吸器疾患における「アポ蛋白」解析の診断的意義を確立すること目的とし、遂行された。研究成果の概要を報告する。1.血清「アポ蛋白」SP-D高感度測定キットの開発と呼吸器疾患への応用ヒトSP-Dの二抗体ELISAを改良し高感度測定法を確立、これをキット化して臨床応用へ実用化した。このキットを用いて、呼吸器疾患の血清SP-D測定の臨床的有用性につき、検討した。血清SP-D値は、びまん性肺疾患、特に特発性間質性肺炎、膠原病性間質性肺炎及び肺胞蛋白症で高値であり、疾患の活動性とよく一致し血清SP-Dの測定は臨床的に有用なことを明らかにした。1)肺腺癌における「アポ蛋白」遺伝子発現:肺癌患者胸水より採取した癌細胞の「アポ蛋白」遺伝子発現をPCR法で検索した。腺癌由来の癌細胞では高率にSP-AmRNAを発現するが、腺癌以外の肺癌では発現せず、SP-A遺伝子の発現は腺癌に特異的であった。腺癌におけるSP-A蛋白の発現よりもmRNA発現の方が敏感に検出でき、その診断的意義は高いことが示された。2)急性肺傷害における「アポ蛋白」遺伝子発現:エンドトキシン気道内投与、急性肺傷害ラットでは、肺胞上皮細胞の増殖、分化とともにSP-A,SP-B,SP-CmRNAの過剰発現が認められ、これは肺の傷害に対する防衛反応を反映するものと考えられた。3.「アポ蛋白」SP-Aの分子異常と肺病態の解析:肺胞蛋白症患者のBALから分離したSP-Aには高次構造の異常が認められ、この構造変化がSP-Aの肺胞細胞受容体を介する機能の異常を惹起し、本疾患の病態を形成することを明らかにした。本試験研究は,肺サーファクタント・「アポ蛋白」およびその遺伝子の動態を追跡することにより、呼吸器疾患における「アポ蛋白」解析の診断的意義を確立することを目的とし、遂行された。平成7年度に得られた結果を要約する。1.二抗体サンドイッチELISA法によるSP-Dの高感度測定を確立した。スタンダードにはリコンビナントSP-Dを使用した。この測定法を用いて、各種呼吸器疾患患者の肺洗浄液および血清中のSP-D値を測定、きわめて興味ある結果を得た。血清SP-D値は、びまん性肺疾患、特に特発性間質性肺炎および肺胞蛋白症において高値であり、疾患の活動性とよく相関した。血清SP-D値はこれらの肺疾患の診断および活動性の有用なマーカーとなることを示した。2.ヒトSP-CcDNAを分離,これとSP-A,SP-B,SP-DのcDNAsによるmRNAの発現を比較し、肺癌患者胸水から分離した腺癌細胞の組織型を検索した結果,SP-CcDNAを用いて肺胞II型細胞起源の組織型を診断し得ることを示した。3.ラット急性肺傷害モデル(エンドトキシン・ショックモデル)における「アポ蛋白」mRNAの発現を検討した結果、検索した全ての「アポ蛋白」SP-A,SP-B,SP-CのmRNAが著明に発現していることを示した。ヒト各疾患、特にびまん性肺疾患、肺癌における各種「アポ蛋白」mRNAの発現については、検索中である。4.遺伝子組替体SP-A及びSP-Dを用いて、肺胞マクロファージへの結合および遊離基生成を検討、同細胞への両アポ蛋白の結合部位を決定、現在各種呼吸器疾患患者肺胞マクロファージを用いて検索中である。

本試験研究は、肺サーファクタント・「アポ蛋白」およびその遺伝子発現の動態を追跡することにより、呼吸器疾患における「アポ蛋白」解析の診断的意義を確立することを目的とし、遂行された。平成7年度の成果を踏まえ平成8年度に得られた成果を要約する。1.血清「アポ蛋白」SP-D測定法の呼吸器疾患への応用前年度に確立したELISA法によるSP-D測定法を改良し、実用化を図るためにキット化した。各種呼吸器疾患患者の肺洗浄液、血清中のSP-D値を測定、その臨床的意義を検討した。特に本年度は、米国の数施設との共同研究で、血清SP-D値による肺腺維症の予後判定に有効であることを示し得た。肺癌患者胸水より採取した癌細胞の「アポ蛋白」遺伝子発現をPCR法で検索した。「アポ蛋白」mRNAは腺癌に発現するが、腺癌以外の肺癌では発現せず、「アポ蛋白」遺伝子の発現は腺癌に特異的であることを証明した。SP-Cは肺胞II型細胞の特異的指標であるが、疎水性小分子量ペプチドで抗体作製が困難のため、SP-C前駆体の親水性領域ペプチド抗体を作製、肺癌患者胸水より得た癌細胞を免疫染色した。PE10陰性でPro-SP-C抗体陽性の症例が発見され、肺胞II型細胞起源の腺癌と診断された。4.「アポ蛋白」SP-Aの分子異常-肺胞蛋白症におけるSP-Aの構造と機能の検索SP-A分子の高次構造の異常が認められ、この構造変化がSP-Aの肺胞細胞受容体を介する機能の異常を惹起し、本疾患の病態を形成することを明らかにした。二例の新生児肺胞蛋白症の「アポ蛋白」遺伝子解析を行なったが、SP-Bを含む全ての「アポ蛋白」遺伝子は発現しており、本邦における最初のSP-B欠損症は見いだされなかった。
パーキンソン病における酸化ストレス誘導神経細胞死の新規解明と予防法の確立

代表的な神経変性疾患であるパーキンソン病の発症や進行に酸化ストレスが関与することはよく知られているが、未だ不明な点も多い。本研究は、虚血再灌流により酸化ストレスを暴露したサルの黒質を用いてプロテオミクス解析を行い、神経細胞死に伴う個々のタンパク質の酸化損傷について網羅的な検討を行った。その結果、分子シャペロン、エネルギー代謝に関する酵素類、細胞骨格タンパク質などが酸化損傷していることが明らかになった。これらの酸化損傷タンパク質は、神経細胞死に関与しまたバイオマーカーになる可能性がある。代表的な神経変性疾患であるパーキンソン病においては、主たる病変部である黒質の神経細胞死に活性酸素種が重要な役割を果たすことが広く知られている。タンパク質の酸化損傷は機能低下につながり、活性酸素種による細胞死において重要な役割を果たす。黒質において酸化損傷を受ける個々のタンパク質を明らかにすることは神経細胞死の機構解明に非常に有用である。本年度は、虚血再灌流により酸化ストレスを暴露したサルの黒質を用いてプロテオミクス解析を行い、神経細胞死に伴う個々のタンパク質の酸化損傷について網羅的な検討を行った。その結果、組織学的な解析により15日目に黒質のドーパミン作動性神経細胞が細胞死を起こすことが明らかになった。2D-DIGE法による発現量解析を行い約2000個のタンパク質スポットを検出し、それらのスポットの経時的な発現量変化を明らかにした。2D Oxyblot法により各スポットのカルボニル化タンパク質量変化を解析後、酸化損傷度として標準化した結果、コントロール(開胸のみで虚血再灌流を行わないサル)と比較して虚血再灌流によって酸化損傷度が増加したタンパク質スポットを20個認めた。酸化損傷度が増加したスポットについてタンパク質の同定を行い、Heat shock 70 kDa protein 1(Hsp70-1)、Dihydropyr imidinase-like 2 (DRP2) isoform 2、DRP5、Fructose-bisphosphate aldolasec、GDPdiss ociation inhibitor 2などを同定した。これら酸化損傷の増加を示したタンパク質が酸化損傷により機能や安定性に変化をきたし、酸化ストレスによる黒質の神経細胞死に関与する可能性が示された。カルボニル化は不可逆性の酸化損傷であり、タンパク質の機能損傷や細胞の変性を引き起こす。我々は、活性酸素による神経細胞死に関与するタンパク質を明らかにするために、完全一過性脳虚血により高度の酸化ストレスを暴露したサル脳を用いて機能プロテオミクス解析によりカルボニル化タンパク質の網羅的な解析を行っている。本研究では、黒質(SN)において酸化損傷タンパク質の解析を行った結果、神経細胞死が起こる虚血再灌流後15日目でカルボニル化が1.5倍以上増加したスポットを96個認めた。これらのスポットの中からコントロールに比べ、虚血再灌流後5,7,15日目でカルボニル化が経時的に増加したスポットについてMALDI-TOF/TOFを用いてタンパク質の同定を行った。その結果、分子シャペロンのheat shock protein(Hsp)70-1とT-complex protein 1 subunit alpha、エネルギー代謝に関与する酵素類mitochondrial aconitaseやglutamate dehydrogenase 1など、細胞骨格タンパク質dihydropyrimidinase-related protein 2が酸化損傷していることが明らかになった。mitochondrial aconitaseは、パーキンソン病患者でその機能低下が認められ、またHsp 70においては、神経細胞死の保護に関与していることが報告されている。mitochondrial aconitaseやHsp70-1を含むこれらのタンパク質の酸化損傷が、酸化ストレスによる黒質の神経細胞死に関与すると考えられる。パーキンソン病の日本における有病率は人口10万当たり100150名と多い。パーキンソン病の発症や進行に酸化ストレスが関与することはよく知られているが未だ不明な点も多く、またその予防法も確立されていない。パーキンソン病の主たる病変部である黒質の神経細胞死に活性酸素種が重要な役割を果たすことから、本研究では、高度の酸化ストレス暴露モデルとして、一過性全脳完全虚血ザルを作成し、パーキンソン病の運動機能障害や知的機能障害をひき起こす脳内青任部位において、プロテオミクス解析により神経細胞死を惹起するタンパク質の酸化的修飾を網羅的に解析し」その損傷部位を同定した。昨年度明らかにした酸化損傷タンパク質のうち、Heat shock 70 kDa protein 1(Hsp70-1)では、361番目リジン、469番目アルギニンが酸化修飾を受けていることを明らかにした。同じタンパク質ファミリーの一つである70 kDa heat shockcognate protein(Hsc70)は469番目のアルギニンの突然変異により機能低下が引き起こされる。また、黒質以外でも、Hsn70-1の469番目アルギニンが酸化修飾を受けている可能性が示された。

Hsp70-1は分子シャペロンとして損傷・変性したタンパク質をリソソームに運び、リサイクルしている。最近、Hsp70-1がリソソーム膜の安定化に関与し、HSD70-1の減少がリソソーム膜の不安定性をもたらすことが報告された.分担研究者の山嶋らとの研究により酸化損傷されたHsp70-1はタンパク質分解酵素カルパインにより容易に切断される事が明らかになった。従って、酸化損傷されたHSD70-1はカルパインにより分解され、リソソームの破裂をもたらし神経細胞死を引き起こすことが示唆された。これらの結果から、酸化損傷されたHsp70-1の蓄積は酸化ストレスによる神経細胞死のバイオマーカーになる可能性がある。