hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
滞在場所選択行動による冷暖房エネルギー消費削減の可能性～エンプティネスタを対象に

家庭での暖冷房エネルギー削減策として、中高齢者の滞在場所の選択行動に注目し、アンケート調査、実測調査、熱負荷シミュレーション等を行った。その結果、季節ごとの滞在場所選択の実態がアンケート調査と実測調査で把握された。また、実態を反映した滞在場所選択による省エネルギー効果を行動別、季節別に示した。省エネルギー効果は無断熱住宅で長時間の暖冷房を行う世帯で最も大きくなった。また設定温度の変更を想定するとより大きな削減効果が期待できた。居住者が日常生活において、夏期はより涼しい場所、冬期はより暖かい場所に選択的に滞在すれば、暖冷房エネルギーの使用を削減できる可能性がある。本研究の目的は居住者が暑さ・寒さに合わせて滞在場所を選択する行動の実態を詳細に把握して類型化した上で、実態を反映した熱負荷シミュレーションを行うことで、滞在場所選択行動による暖冷房エネルギーの削減効果を定量的に把握することである。初年度である25年度はシミュレーション条件として検討すべき事項を整理するために住宅居住者の滞在場所と温熱環境の関係についての実態調査を行った。1)アンケート調査:中高齢者とその世帯を対象に滞在場所選択行動に関する夏期アンケート調査を10月に実施し、90件程度の有効票を得た。アルバイトを用いたデータ入力が若干遅れたが2月中に完了し、26年度にはデータ分析に入る。また、冬期調査は計画よりも若干遅く、26年度5月に実施する予定である。2)事例調査:佐賀県と長崎県に建つ4件の住戸を選定し、ヒアリングと温熱環境測定による詳細な事例調査を夏期(8月)と冬期(1月)に実施した。夏期の調査結果より、エアコン使用の多い住戸は部屋数に余裕があるにも関わらず、従来の室用途を守って生活する傾向があること、熱的条件の悪い部屋での滞在が冷房負荷を増大させている可能性があることを指摘した。一方、通風中心の住戸では居住者が日射を受けやすい場所や熱気のこもりやすい場所を避け、通風の良い場所を選択して滞在している様子が見られた。しかし、室温の測定結果からは選択された滞在場所の優位性は読み取れず、温熱環境の測定・評価方法に課題が残った。夏期の分析結果は26年度に家政学会、建築学会等で発表する予定である。また、冬期調査の分析は26年度に継続して行う。本研究の目的は居住者の滞在場所選択の実態を反映した熱負荷シミュレーションを行うことで、滞在場所選択行動による暖冷房エネルギーの削減効果を定量的に把握することである。26年度は25年度に引き続きシミュレーション条件として検討すべき事項を整理するために住宅居住者の滞在場所と温熱環境の関係についての実態調査を行った。さらにその結果をもとにシミュレーション条件を整理し、試行的にシミュレーションを行った。1)アンケート調査:昨年度実施できなかった中高齢者とその世帯を対象とした滞在場所選択行動に関する冬期アンケート調査を5月に実施し、90件程度の有効票を得た。データ分析が若干遅れているが、27年度早期には完了し、シミュレーション条件に組み入れる予定である。2)事例調査:昨年度、夏期・冬期調査を行った4件に対して春期(5月)調査を行った。さらに26年度は佐賀県と長崎県に建つ2件の住戸を選定し、ヒアリングと温熱環境測定による詳細な事例調査を夏期(8月)と冬期(1月)に実施し、サンプルを増やした。合計6件のデータより、冬期は暖房条件の整った室に居住者が集まって過ごす傾向が広く見られること、夏期は世帯による通風意識の違いによってエアコン使用と滞在場所選択の実態が大きく異なることが明らかになってきた。3)熱負荷シミュレーション:上記調査によって得られた居住者の生活の様子を熱負荷シミュレーションの在室条件と暖冷房条件に落とし込み、滞在場所選択行動による暖冷房エネルギーの削減効果の予測を進めている。26年度は建築学会の住宅標準モデルを用いて試行的に計算を行った。4)成果発表:昨年度の夏期調査の結果を家政学会全国大会(北九州)、建築学会全国大会(神戸)で発表した。平成26年度までの調査により、冬期は暖房条件の整った室に居住者が集まって過ごす傾向が広く見られること、夏期は世帯による通風意識の違いによってエアコン使用と滞在場所選択の実態が大きく異なるが、概して下階や北側空間での滞在を増加させる傾向があること等が明らかになっている。このような居住者の生活実態を熱負荷シミュレーションの在室条件と暖冷房条件に落とし込み、建築学会の住宅標準モデルを用いて無断熱住宅と平成11年度省エネ基準住宅で熱負荷シミュレーションを行った。結果、居住者の滞在場所選択行動の組み合わせによって暖冷房エネルギーの削減効果が得られる見通しを得たが、夏期の通風条件次第でその効果量に幅があった。通風実態に不明確な点が多かったため、本年度8月に追加調査を行ったが、測定方法が不適切で正確な測定データを得ることが出来なかった。そのため、シミュレーション条件の一部が確定できず、まだ検証の終わっていないシミュレーションを残している。次年度に測定方法を変更して夏期の追加調査を行い、その結果を用いて残りのシミュレーションを行いたい。

なお、本年度は研究成果を佐賀大学文化教育学部論文集に2編掲載した。また、家政学会九州支部大会(長崎県立大)で2編の発表を行った。暖冷房負荷シミュレーションを進めた結果、夏期の通風条件次第でそのエネルギー削減の効果量に幅があった。一方、昨年度までの室内温熱環境の実態調査では通風実態に不明確な点が多かったため、本年度8月に追加調査を行った。同調査の結果を夏期シミュレーション条件として使用する予定であったが、測定方法が不適切で正確な測定データを得ることが出来なかった。そのため、シミュレーション条件の一部が確定できず、まだ検証の終わっていないシミュレーションを残している。次年度に測定方法を変更して夏期の追加調査を行い、その結果を用いて残りのシミュレーションを行いたい。平成25年度からの継続的な実態調査により、冬期は暖房条件の整った室に居住者が集まって過ごす傾向が広く見られること、夏期は世帯による通風意識の違いによってエアコン使用と滞在場所選択の実態が大きく異なるが、概して下階や北側空間、通風を得やすい空間での滞在を増加させる傾向があること等を示した。平成26年度からはこのような居住者の生活実態を熱負荷シミュレーションの在室条件と暖冷房条件に落とし込み、建築学会の住宅標準モデルを用いて熱負荷シミュレーションを行った。結果、居住者の滞在場所選択行動のパターンによっては実際の暖冷房エネルギーの削減につながるという結果を得た。一方、夏期の通風実態に不明確な点が多かったため、平成27・28年の8月に追加調査を行ったが、十分なデータを得ることが出来なかった。そのため、夏期のいくつかの選択行動パターンについては仮定の通風条件別に冷房エネルギー削減効果を示した。また、本研究の発展的調査を平成26年度からベトナムで実施していたが、平成28年度はその調査結果を詳細に分析し、同国の住宅においても居住者の滞在場所選択行動が見られることを明らかにした。居住者が季節に合わせて滞在場所を変化させるという日常生活上の工夫を行えば、暖冷房エネルギー使用を削減できる可能性があることを量的に示したことは今後の省エネルギー推進の上で大きな意義がある。また、そのような住まい方の工夫が日本以外の国でも応用できる可能性を示した意義も大きい。平成28年度はこれまでの調査結果を総括し、既存研究に対して本研究が新規に明らかにした内容を明確にし、今後の課題を整理した上で報告書をまとめた。本研究の研究成果は日本建築学会環境系論文集、佐賀大学教育学部論文集に掲載された。また研究期間中、日本建築学会大会、家政学会大会等で毎年発表を行った。平成29年度以降も継続的に発表を行う。家庭での暖冷房エネルギー削減策として、中高齢者の滞在場所の選択行動に注目し、アンケート調査、実測調査、熱負荷シミュレーション等を行った。その結果、季節ごとの滞在場所選択の実態がアンケート調査と実測調査で把握された。また、実態を反映した滞在場所選択による省エネルギー効果を行動別、季節別に示した。省エネルギー効果は無断熱住宅で長時間の暖冷房を行う世帯で最も大きくなった。
染色体の複製開始の頻度と同時性の制御装置

【序論】大腸菌では、DnaAタンパク質が染色体複製起点(oriC)に結合し複製開始が開始する。我々は、染色体複製の開始反応を制御する分子機構(ON-OFFスイッチ)を解明するため、DnaAの機能制御機構を解析してきた。細胞内ではDnaAタンパク質活性は、負の活性制御を受けており、この制御に欠損をもつdnaA遺伝子の変異株は染色体の複製開始が過剰に起こる。この負の制御(DnaAタンパク質の不活性化)は、我々がIdaAと名付けた分子量約150kDaのタンパク質に担われている(1,2)。我々は最近、このIdaAタンパク質が2種(以上)のタンパク質の複合体であることを明らかにし、その1種を精製して同定することに成功した。更に、DnaAタンパク質不活性化に関する分子反応全体をつぶさに描き出すため、精製タンパク質からなるoriCプラスミド複製系を用いてIdaAの機能解析を行った。【結果と考察】同定したIdaAサブユニットは、DNAポリメラーゼIIIホロ酵素(Pol III)のβサブユニットであった。βサブユニットを欠くPol III(Pol III^*)はIdaA活性を促進した。更に、この反応は、DNA複製反応との共役により有意に促進される。この促進には、Pol IIIによるDNA鎖の合成開始反応が重要であった。以上のことは、DnaAの不活性化にPol IIIが関与していることを示し、特に複製開始後、用済みのDnaAは速やかに不活性化されることを明らかにした。加えて、我々は、IdaAは、DnaAタンパク質に結合したATPに作用し、複製開始能を持つATP結合型DnaAから開始不能のADP結合型への転換反応に必須であることを証明した。これらの結果は、開始因子(DnaA)と複製タンパク(Pol III)が、複製反応の機序に従って活性調節を行っていることを意味し、複製周期の制御のため重要な機能を果たしていることを示す。
真正細菌SRP RNAのNMRによる構造解析とコンピューター・モデリング

大腸菌SRP RNA、4.5S RNAは、114塩基から構成され、分子の中間点で折れ曲がったヘアピン様構造をとる。ヘアピンは、完全には塩基対合しておらず、所々、膨らんだバルジといわれる非対合部分が存在する。特徴的なバルジ構造は、5カ所存在しており、配列は異なるが、4.5S RNA相同分子と考えられている他の生物のRNAにもこの構造は保存されていた。従って、塩基配列に比べ、2次構造が、これらのRNAの機能にとって重要であることが示唆された。大腸菌4.5S RNAは、菌体内において、翻訳と蛋白質合成といった2種類の異なる現象に関与することがわかっていた。この多機能性は4.5S RNAが、生体内において2種類の蛋白質、Ffh蛋白質およびEF-G蛋白質と結合することにより、実現されることを、著者らは明らかにしていた。しかし、4.5S RNAとこれら蛋白質の結合の詳細については、不明であった。本研究では、大腸菌4.5SRNAの種々の欠損変異株を作成し、(1)大腸菌4.5S RNA欠損変異株における増殖能の回復活性、(2)精製した蛋白質(Ffh蛋白質、および、EF-G蛋白質)に対する結合活性、を指標にして機能を評価した。その結果、どちらの活性にも、バルジ構造が必要であることを示した。さらに、機能を消失した変異株と野生型4.5S RNAについて、NMRによる高次構造解析を行ったところ、基本的な構造には大きな変化は見られなかったが、1塩基置換により、この変異体では、バルジ構造が消失していることを明らかになり、先の結果を構造面からも裏付けできた。この研究成果は、種々の生物で、SRPRNAの構造が異なるのに、なぜ、機能面では相補が可能であるかというこれまでの疑問に答えをだすものである。大腸菌SRP RNAである4.5S RNAは、菌体内では、2種類のタンパク質(Ffh,EF-G)と結合し、タンパク質の分泌と翻訳に関与する。本研究では、まず、翻訳機能に必須な最小単位の構造を明らかにした。このため、遺伝子工学的に、114塩基のヘアピン構造をとる完全長の4.5S RNAの5'および3'両方向から削った変異株を数種類作成し、大腸菌4.5S RNA欠損株へ導入した。その結果、進化的に保存されたバルジ構造のうち、バルジAおよびBを有する変異株(49塩基、SRP49)は増殖能を回復し、さらに、ゲルシフトアッセイの結果、EF-Gおよび、Ffhタンパク質との結合能も有していた。しかし、どちらかのバルジを欠損した変異体では全てを失っていた。次に、この構造内にランダムな変異を導入した変異体を作成し、両タンパク質との結合能を解析した結果、Ffhとの結合には、A39,C40,C41,A42,A47,G48,および、G49が、また、EF-Gとの結合には、A47,A60,G61,C62,A63,およびA67がそれぞれ関与していた。この結果より、Ffh,EF-Gは共に、4.5S RNAのバルジAおよびBを含む領域を認識するが、結合に関与する塩基は両者で異なることが示唆された。A47は、両者との結合に重要であった。上記の結果得られたSRP49は、安定な二次構造を形成し、NMRシグナルの解析に適していると判断されたので、化学合成により作成し、NMR解析を行った。さらに、A47変位体についても解析を行った。その結果、SRP49は特徴的な構造を持ち、ヘリカルな構造を有していた。

バルジ構造を2つ保持しており、今回、変異体の解析で明らかになった結合に関与する塩基はいずれも、構造の外側に位置しており、タンパク質との結合ができる位置にあった。A47変異体の解析は現在進行中であり、現時点では完全に決定できていないが、A47Uの変異体において新規の塩基対を示すシグナルが得られており、この変異体では、1塩基の変異により、大きな構造変化を起こし、このことが、両タンパク質との結合能を著しく失った原因であると推測する。今後、データの細密化を図ると同時に、得られた情報に基づいて、コンピュータ・モデリングによってRNAと蛋白質との相互作用を解析する。大腸菌SRP RNA、4.5S RNAは、114塩基から構成され、分子の中間点で折れ曲がったヘアピン様構造をとる。ヘアピンは、完全には塩基対合しておらず、所々、膨らんだバルジといわれる非対合部分が存在する。特徴的なバルジ構造は、5カ所存在しており、配列は異なるが、4.5S RNA相同分子と考えられている他の生物のRNAにもこの構造は保存されていた。従って、塩基配列に比べ、2次構造が、これらのRNAの機能にとって重要であることが示唆された。大腸菌4.5S RNAは、菌体内において、翻訳と蛋白質合成といった2種類の異なる現象に関与することがわかっていた。この多機能性は、4.5SRNAが、生体内において2種類の蛋白質、Ffh蛋白質およびEF-G蛋白質と結合することにより、実現されることを、著者らは明らかにしていた。しかし、4.5S RNAとこれら蛋白質の結合の詳細については、不明であった。本論文では、大腸菌4.5S RNAの種々の欠損変異株を作成し、(1)大腸菌4.5S RNA欠損変異株における増殖能の回復活性、(2)精製した蛋白質(Ffh蛋白質、および、EF-G蛋白質)に対する結合活性、を指標にして機能を評価した。その結果、どちらの活性にも、バルジ構造が必要であることを示した。さらに、機能を消失した変異株と野生型4.5S RNAについて、NMRによる高次構造解析を行ったところ、基本的な構造には大きな変化は見られなかったが、1塩基置換により、この変異体では、バルジ構造が消失していることを明らかになり、先の結果を構造面からも裏付けてきた。この研究成果は、種々の生物で、SRP RNAの構造が異なるのに、なぜ、機能面では相補が可能であるかというこれまでの疑問に答えをだすものである。
pHと温度の2つの外部刺激に応答するマイクロカプセル表面の設計

Poly(NIPAAm)を用いて、高温側で収縮し、低温側で膨潤するようなミクロスフィアおよびナノスフィアを調製した。我々は、ゲルの刺激応答性はゲルのサイズに依存して変化する事(微少なゲルほど高い応答性を示す)を界面科学的検討によって示した。次に我々は刺激応答性マイクロカプセルを調製した。界面重合法で調製したマイクロカプセルの膜はナノオーダーの厚さを持つので、pHと温度の2つの刺激に応答する事が可能であった。先ず、L-lysineを基本骨格として側鎖にisopropy1基を持ち、両末端に1級amine基を持つL-1ysineisopropylamine(LIPA)を合成した。LIPAにOrnを加え、水層とした。terephthaloyldichloride(TPC)を含有する油相中に分散すると、水/油界面で界面重合反応が起きて、Poly(LIPA-Orn-TPC)マイクロカプセルが得られた。高分子を薬物デバイスとして生体内に投与した場合を考慮して、Poly(NIPAAm)粒子とアルブミンとの相互作用を25、33、35°Cにおいて検討した。アルブミンのPoly(NIPAAm)表面への吸着量は温度が高い程増加した。各々の温度における吸着はラングミュア型の単分子吸着である事が確認された。しかし、一旦吸着したアルブミンは温度を低下させても脱着しなかった。これは、ゲルが膨潤した事によって、ゲルの網目構造が広がり吸着サイトが増加した為と考えられる。さらに、Poly(NIPAAm)で表面をコートしたガラス球を用いて細胞との相互作用を25、33、35°Cで検討した。細胞の吸着量は温度が高い時に増加した。また、温度を低下させると、細胞は脱着した。細胞はアルブミン分子に比べて極めて大きな粒子径を持つため、膨潤により広がったゲルの網目構造内部に入り込めないためであると考えられる。ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(Poly(NIPAM))は33°C付近に相転移温度を持ち、それ以下の温度では膨潤し、それ以上の温度で収縮する感温性高分子ゲルである。マイクロカプセルの膜を感温性高分子ゲルで調製するために、水溶性モノマーとして側鎖にイソプロピルアミド基を持ち、両末端にアミノ基を持つ、L-リジンイソプロピルアミド(LIPA)を合成した。このLIPAをクロロホルム:シクロヘキサンの混合溶液中に分散して水/油エマルションとした。外相の油相にテレフタル酸ジクロリド(TPC)を溶解すると、水/油界面で水溶性モノマーと油溶性モノマーがペプチド結合するので、Poly(LIPA-TPC)マイクロカプセルが得られた。このPoly(LIPA-TPC)マイクロカプセルをNaCl水溶液中に分散し、種々の温度におけるNaClの膜透過速度を測定した。35°C以下では40°C以上に比べて、膜透過係数は大きく、膜透過係数が35°Cと40°Cの間で急激に減少することが示された。さらに、水溶性モノマーとしてオルニチン(Om)を添加すると、Poly(LIPA-Om-TPC)マイクロカプセルが得られた。このPoly(LIPA-Om-TPC)マイクロカプセルを用いて、同様にNaClの膜透過速度を種々の温度で測定した。この場合は、温度が40°C以下では膜透過係数は変化しないが、45°C付近で急激に減少することが示された。また、Poly(LIPA-Om-TPC)マイクロカプセルは外液のpHに応答して粒子径が変化した。

これは、カルボン酸とアミノ基を持つ、両性電解質で膜が形成されているためである。このマイクロカプセルは45°C付近に相転移温度を持ち、かつ、pHに応答して膨潤収縮した。ゲルの膜を持つマイクロカプセルは外部刺激に応答して膜が変形するために、pHや温度に応答して薬物を放出するデバイスと成りうる。しかし、この膜の変形能は同時に膜の機械的強度が弱いという欠点でもある。今年度は、poly(DMAAm-co-DMAPAA-co-AmSt)およびpoly(DMAAm-co-METAC-co-AmSt)とテレフタル酸ジクロリド(TPC)の共重合によりゲルマイクロカプセルを調製し、表面の性質と膜の構造を電気泳動移動度から検討した。更に、これらの表面をポリエチレングリコール(PEG)で修飾したマイクロカプセルを調製した。また、赤血球との相互作用を検討した。poly(DMAAm-co-DMAPAA-co-AmSt-alt-terephthalic acid)マイクロカプセルの膜は内部が正に帯電し、外部が負に帯電した2層構造を持つ事が示された。TPCはカルボン酸を持ち、マイクロカプセルをW/Oエマルションから界面重合法で調製する際に外部からTPCを加えるので、膜の外層に負電荷が多く、内層に正電荷が偏ったものと考えられる。一方、poly(DMAAm-co-METAC-co-AmSt-alt-terephthalic acid)マイクロカプセルの膜は一層の正に帯電した膜を持っていた。これは、膜を形成する高分子が4級アンモニウムを持っているためである。このマイクロカプセル膜にPEGを加えると、表面は柔らかくなった。赤血球表面は負に帯電しているので、表面が正に帯電した粒子との相互作用が大きいと予測したが、電荷よりも表面の柔らかさに大きく依存することが示された。温度に応答して変形する親水性ゲルマイクロカプセルを調製した。このマイクロカプセル膜はポリ(L-リジンイソプロピルアミド-テレフタル酸)であり、マイクロカプセルの内容物は水である。マイクロカプセルの粒子径は33°Cと35°Cの間で変化した。33°C以上では、マイクロカプセルは互いに凝集するが、この凝集したマイクロカプセル塊は分散媒(水)の温度を低下させると数秒間以内に再分散する。従って、温度に応答したマイクロカプセルの形状変化は可逆的である。また、このマイクロカプセル膜のNaClの透過速度も33°Cと35°Cの間で急激に変化した。25°Cと35°Cの間、又は、35°Cと55°Cの間では温度に依存せず、ほぼ一定値を示した。溶質の膜透過速度は35°C以上に比べて、33°C以下で高い。このようなマイクロカプセルの温度応答性はマイクロカプセル膜を形成する高分子の化学構造中にN-イソプロピルアミド基が存在するためである。L-リジンイソプロピルアミドはN-イソプロピルアクリルアミドに似た化学構造を持っている。また、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)は相転移温度を33°C付近に持つ感温性親水性ゲルである。さらに、我々は、温度変化に応答する速度が、大きいゲルに比べて、小さいゲルの方が早いことを明らかにした。即ち、ゲルを微小にすること、あるいは薄膜にすることによって、刺激に対する応答性は高くなる。
初期天体形成と背景放射

宇宙最初期の天体形成についての詳細な情報を、ビッグバンの化石である宇宙マイクロ波背景放射と中性水素ガスが放射する波長21cmの電波を観測することによって得ることができることを示した。また、銀河間のガスのイオン化の過程について、星・銀河の形成に伴う場合、クエーサーによって引き起こされる場合の両者について詳細に検討を行った。さらに宇宙初期磁場の存在により、構造の形成が促進されることを示した。本年度は、活動銀河核からの紫外光放射により、銀河間物質の温度や圧力、イオン化率などの物理状態がどのように変化していくのか、また、特にHeのイオン化がどのように空間的に進行するのかについて、解析的モデルをたてて、計算を行った。このような活動銀河核は、宇宙が誕生して数億年の時代に最初に形成されたであろうブラックホールにガスが降着することで生まれたと考えられ、そこからの紫外線放射は銀河間物質のイオン化に大きな役割を果たすことが期待される。続いて、初期天体形成に非常に大きな影響を及ぼすと考えられる宇宙磁場がどのように形成され、そして発展していったのかについて、いくつかの仮説をたて計算を行った。まず、宇宙磁場が宇宙が誕生した直後に生成された場合について、磁場が膨張宇宙の中でどのように発展していったのかを、数値計算に基づく非線形過程を考慮して詳細に計算し、磁場の存在が宇宙マイクロ波背景放射やその偏光成分に及ぼす影響を調べた。続いて、宇宙磁場が密度ゆらぎの二次成分によって生成される可能性を見つけ、具体的な数値計算を実行した。その結果、ごく弱い磁場ではあるが、確かに密度ゆらぎによって、銀河や銀河団に対応するような大きなスケールの磁場が生まれることを示した。これまで考えられてきた様々な磁場の生成メカニズムに比べて、宇宙に実際存在している大規模構造を生み出した密度のゆらぎによって、きわめて自然に磁場が生成される、ということがこの新しい機構のユニークな点である。本年度は、準解析的銀河形成モデルを用いて、宇宙の初期天体形成過程の研究と、その宇宙マイクロ波背景放射に及ぼす影響をまず調べた。最新のWMAP衛星の結果は、これまで考えられていたよりも、初期天体形成が遅くなるというものであった。その結果と、冷たいダークマターモデルを含む銀河形成モデルからの理論的帰結を比べると非常によい一致を示すことがわかった。また最新の銀河形成モデルを用いたことで、最も現実的と思われる再加熱過程を得ることに成功した。さらに、その得られた結果から次世代宇宙マイクロ波背景放射探査衛星であるPLANCKでの観測の予想を得た。続いて、オランダが主導する21cm吸収線の新しい観測計画LOFARプロジェクトと関係して、ミニクエーサーと呼ばれるクエーサーに比べれば小さなブラックホール天体の形成過程、そこからの紫外線放射、さらにはイオン化した領域の成長を見積もった。イオン化した領域の成長は、逆に見れば中性領域が浸食されていく過程に他ならない。以上のことから、現在非常に期待されている、中性水素の量に対する初期宇宙における観測量である21cm吸収線への影響を解析した。ここでは、とりわけ、中性水素ガスの熱化の過程について詳しく調べた。具体的には、熱化の過程に関する単純な解析的モデルを提唱し、そのモデルを放射輸送を含む数値計算の結果と比較しその有用性について示すことに成功した。これ以外にも、マドリッドで行われたALMAプロジェクトのサイエンスミーティングでの招待講演に向けて、ALMAプロジェクトによって宇宙の再熱化過程・最初期の天体形成について何が明らかにされうるのかを調べ、報告した。本年度は、2008年度打ち上げ予定のPLANCK衛星によって、最初期の星形成のよって起きる宇宙再加熱過程についてどのような知見が得られるのか、銀河形成の理論モデルを用いて解析を行った。その結果、期待される宇宙マイクロ波背景放射の温度分布マップを作成した。このマップの統計的性質、特に揺らぎのガウス分布からのずれ、いわゆる非ガウス性について解析した。この結果は2007年12月14日から15日かけてパリ南大学天体物理学研究所で行われたPLANCK Working Gorup5研究会で報告した。また、宇宙初期に生成される可能性のある、初期ブラックホール天体について、その蒸発が宇宙背景放射や宇宙再加熱などに与える影響について詳細に調べた。ブラックホールが蒸発する際に、光子を大量に放出する。この光子が背景放射に影響を与えるのである。詳細な理論的な予想をたて、実際の背景放射の観測と比較することで、宇宙初期に生み出されたブラックホールの数や密度揺らぎのパワースペクトルについて、これまでにない厳しい制限を課すことに成功した。宇宙初期磁場の構造形成に対する影響などについても、その生成の物理過程を調べるとともに、継続して検討を行った。さらに、構造形成によって生成される宇宙マイクロ波背景放射の温度揺らぎ成分と、重力レンズ効果の相関について研究を進めた。両者の相関を取ることで、構造の形成の様子やダークエネルギーに対する制限がつけられる可能性があることを見つけたのである。

本年度は、最初期の星形成によって起きる宇宙再加熱過程について、特に、銀河内ガスの電離状態がどのように進化していくのかについて、放射輸送方程式を解くことで、数値的に調べる研究を推進した。具体的には、中性水素のガスに囲まれた初期星が、紫外線を放射し、周囲のガスをイオン化していく過程と、引き続いて、星の寿命が尽きた後、水素原子が電子と再結合することによって、ガス雲が再び中性化していく過程を数値シミュレーションを用いて調べた。さらに、ガス雲に含まれる中性水素が放出する波長21cmの電波の強度を見積もり、将来の観測の予測を立てた。これは、2009年度にも本格運用が始まるオランダの電波観測プロジェクトLofarや、将来の国際共同プロジェクトSKAなどで重点的に観測される予定になっている。また、構造形成に伴う熱的な過程についても研究を進めた。具体的には、銀河群が形成される際に、銀河間ガスが高温にイオン化される過程を調べ、そこで生じる高エネルギー電子によって、宇宙マイクロ波背景放射が叩かれることで生じる温度揺らぎ、いわゆるスニヤエフ・ゼルドヴィッチ効果についてその大きさを推定し、また、合わせて宇宙マイクロ波背景放射に生じるBモードと呼ばれるパターンの偏光成分の観測予測値を求めた。このBモードは、銀河間磁場の強度によってその生成量が変わるために、磁場のよい指標となりうる。これらの観測量は、今年打ち上げ予定のプランク衛星や、地上観測、さらには将来の偏光をターゲットにした衛星計画によって、測定される可能性がある。
細胞質ダイニンの微小管親和性制御機構の解明

細胞質ダイニンの微小管親和性を制御する構造メカニズムを明らかとするため、微小管結合ドメイン(MTBD)の立体構造および微小管との複合体構造の解明を行った。まず、コイルドコイル鎖にS-S結合を導入して低親和性および高親和性状態に固定したコンストラクトMTBD-LowおよびMTBD-Highを構築し、NMRによる構造決定を行った。また、MTBD-Highと微小管複合体の立体構造をクライオ電子顕微鏡により解析し、単粒子解析法に基づく3次元再構成により、分解能9Å(FSC=0.5)の密度マップを得た。得られたNMR構造と電顕構造に基づいて、MTBDがMTとの親和性を制御するモデルを提唱した。ダイニンの微小管上の連続的な運動性は、ATPaseドメインのATP加水分解と連動して、微小管結合ドメイン(MTBD)が高親和性状態と低親和性状態の間をスイッチすることに由来する。しかし、ATPaseドメインとMTBDは15nmの長いコイルドコイル鎖によって隔てられており、ダイニンの微小管親和性を制御する構造メカニズムは不明である。本研究では、MTBDの立体構造および微小管との相互作用を構造生物学的に解析することにより、ダイニンの微小管親和性制御機構を解明することを目的とした。H24年度までに、コイルドコイル鎖にS-S結合を導入して低親和性および高親和性状態に固定したコンストラクトMTBD-LowおよびMTBD-Highを構築し、NMRによる構造決定を行った。しかし、通常のNOEに基づく距離情報のみでは構造の収束が十分ではなかった。そこでH25年度は、NH結合の磁場に対する配向情報である残余双極子カップリング(RDC)を測定し、RDC情報を拘束条件に加えて構造計算を行うことにより、MTBDの立体構造をより精密に決定した。その結果、得られた構造のRMSD値が向上し、MTBDが6本のαへリックス(H1-H6)と2本のコイルドコイル鎖(CC1、CC2)からなること、MTBD-HighとMTBD-Lowの間ではH1およびCC1の構造が大きく異なることが明確に示された。得られた密度マップにtubulin dimerおよびMTBD-Highの立体構造をフィッティングし、複合体構造を得ることに成功した。以上の結果より、MTBDの低親和性から高親和性状態への変化においては、CC1のおよびH1の構造変化が誘起され、その結果MTBDに微小管に対して相補的な表面が形成されることにより高い親和性を獲得するというモデルを新たに提唱した。細胞質ダイニンは微小管上を移動する分子モーターであり、細胞内輸送や細胞分裂の際の染色体分配などを司る。ダイニンの微小管上の連続的な運動性(processivity)は、ATPaseドメインのATP加水分解と連動して、微小管結合ドメイン(MTBD)が高親和性状態と低親和性状態の間をスイッチすることに由来する。本研究では、コイルドコイル鎖にS-S結合を導入してMTBDの構造を低親和性および高親和性状態に固定した変異体を用いて、これらの立体構造および微小管との複合体構造をNMR法とクライオ電子顕微鏡法によって解析し、ダイニンの微小管親和性制御機構を明らかにすることを目的とする。本年度は、分子内S-S結合を導入して、高親和性状態・低親和性状態を模倣したMTBD-High, MTBD-Lowの構造をNMR法により決定した。その結果、MTBD-High, MTBD-Lowはともに6本のへリックス(H1-H6)と逆平行コイルドコイル鎖(CC1・CC2)からなる構造をとることが明らかとなった。両者の構造を比較すると、顕著な構造変化がS-S結合を導入したC末端側のコイルドコイル領域、H1へリックスの領域に存在することが分かった。また、転移交差飽和法により、MTBD上の微小管結合部位を同定した。その結果、MTBD-LowではH1, H6のみが相互作用していたのに対して、MTBD-HighではH1とH6に加えてH3を含めたより広い結合界面が形成されていることが明らかとなった。以上より、MTBDはコイルドコイル鎖の会合状態の変化に伴って、微小管結合部位の構造が変化し、微小管に対する親和性が制御されていることが示唆された。H24年度までに、実施計画通り、高親和性および低親和性状態のMTBDの立体構造の決定と、微小管結合部位の同定を行なうことができた。

NMR構造決定の収束度を示すRMSD値(主鎖)は、MTBD-Lowで0.6Å、MTBD-Highで0.9Åであり、十分収束している。しかし、今後より詳細な比較を行なうために、さらに構造決定の精密化を行っていく予定である。また、MTBD-HighとMTBD-Lowの微小管結合界面についても、転移交差飽和法により決定することができた。今後は、MTBD微小管複合体の構造を電子顕微鏡により解析し、H24年度のNMR解析の結果とあわせることで、MTBDの微小管認識機構を解明するという目的が達せられると見込んでいる。H25年度は電子顕微鏡を用いたMTBD/微小管複合体の構造解析を進める。より高い分解能の立体構造を得るため、単粒子解析法を利用した再構成法を採用し、10Å以上の分解能の複合体密度マップを得ることを目指す。また、これまでにMTBD-Highの溶液構造については、Pf1ファージなどを用いた配向媒体中で残余双極子相互作用を観測して構造計算に組み入れることにより、より精度の高い構造決定を行なう。得られた複合体マップと単独のMTBDおよび微小管のPDB構造を用いて、複合体のドッキングモデルの構築を行ない、高親和性状態におけるMTBDの微小管認識機構を明らかにする。加えて、全長ダイニンのコンストラクトを用いた変異実験を行なうことにより、明らかにした複合体モデルの妥当性を評価する。本年度は、複合体モデルの妥当性を評価する目的で、全長ダイニンおよびその変異体の構築・発現を行なう。そのために、遺伝子操作試薬、タンパク精製のためのカラム担体などを購入する。また、構造決定の際に残余双極子相互作用の情報を組み入れることで、MTBD-High、MTBD-Lowの構造をさらに精密に決定する。そのために、安定同位体標識試薬や配向媒体(Pf1ファージ)を購入する。
血管・リンパ管吻合の形成に関する分子解剖学的研究

生理的血管・リンパ管吻合部位である静脈角の形成及びPlcg2^<-/->マウスで見られる血管・リンパ管の異常吻合の形成について解析を行った。静脈角の弁は血管内皮とリンパ管内皮の二層の内皮細胞からなることを見出した。また、Plcg2^<-/->マウスで見られる血管・リンパ管の異常吻合は発生の段階でランダムに形成されることと、吻合部位においてリンパ管内皮細胞が血管内に糸状偽足を伸ばすことを見出した。さらに、血小板がリンパ管内皮細胞の増殖及び遊走の抑制することと糸状偽足のリトラクションを引き起こすことを見出した。これらにより、血小板がリンパ管伸長の段階において血管内に伸長してきたリンパ管内皮細胞を認識し、その増殖及び遊走の抑制、糸状偽足のリトラクションを引き起こすことで末梢組織での血管とリンパ管の分離を制御する新しい機構のモデルを提唱した。リンパ管は発生の段階で血管内皮細胞の一部からリンパ管内皮細胞に分化し最終的には血管と分離した独立した脈管系を形成するが、末梢組織では吻合することなく静脈角のみにおいて血管と吻合する構造になっている。これまでに血管とリンパ管の吻合・分離制御の機構は明らかになってない。本研究で我々は分子レベルで調べるために解析を行った。本年度は、1)野生型の胎児における静脈角の弁の構造、及び2)リンパ管に血液が見られるPlcg2ノックアウトの胎児における血管とリンパ管の異常吻合部位の同定、の二点に焦点をおいて研究を進めた。1)については胎生10.516日目までの野生型マウス胎児の冠状面切片を作製し、免疫組織染色を行った。その結果、静脈角の弁は血管内皮細胞とリンパ管内皮細胞による二層の内皮細胞及び細胞外マトリクスにより形成されることを見出した。2)については血管とリンパ管の異常吻合部位を同定するため14日目のPicg2ノックアウト胎児の卵黄嚢静脈からリンパ管のマーカーの一つでpodoplanin抗体を蛍光ラベルさせ注射した。蛍光顕微鏡を用いて観察した結果、胎児の表面においてpodoplanin陽性の構造がランダムに存在することを見出した。さらに皮膚のホールマウント切片を作製し調べた結果、これらの吻合は末梢部位に存在することとリンパ管内皮細胞が血管内腔に突起を伸びていることを見出した。これちの結果により、Plcg2ノックアウト胎児の末梢に見られる血管とリンパ管の異常吻合は発芽するリンパ管内皮細胞が血管に伸び込んでできたことが示唆された。血管とリンパ管の吻合・分離制御の機構を解明するために、静脈角の弁とPlcg2で見られる異常吻合の構造及び形成過程をさらに詳しく調べる必要がある。前年度に続き、血管とリンパ管の吻合・分離制御の機構について解析を行った。本年度は、1)Plcg2欠損マウスにおける静脈角の弁の構造、2)Plcg2ノックアウトにおけるリンパ管と血管の異常吻合部位、及び3)実験管内で、リンパ管内皮細胞における血小板の役割について詳細な解析を行った。1)については胎生11.515日目までのPlcg2欠損マウス胎児の冠状面切片を作製し、免疫組織染色を行った。その結果、Plcg2欠損マウスにおいて静脈角の弁は野生型と比較し、弁の長さが短いのがあったものの、野生型でもたまに見えたので個体差であると判断した。2)についてはリンパ管マーカーを用いた血管造影の方法で胎生期115.5日目においても一匹当たり35か所の血管・リンパ管の異常吻合がランダムに存在することを見出した。さらに皮膚のホールマウント切片を作製し調べた結果、リンパ管内皮細胞が血管内腔へ突起を伸ばしている吻合部位ではリンパ管が赤血球を含まず、一方、リンパ管が大量の赤血球を含んだ吻合部位ではリンパ管内皮細胞の突起がないことを見出した。これらの結果は、血管内に伸びてきた突起は異常吻合形成の初期に見られる現象であることを示唆する。3)についてはマウスのリンパ管内皮細胞を用いて、血小板の役割を調べた。その結果、野生型由来の血小板がリンパ管内皮細胞の増殖、遊走を阻害することを見出した。さらにリンパ管内皮細胞の糸状偽足の撤退を誘導することを見出した。これら結果により、血小板が血管内に入り込んだリンパ管内皮細胞の増殖、遊走抑制及び糸状偽足の撤退などを介して分離を維持すると考えられる。しかしながら,生体内で血小板がどうやって血管とリンパ管の吻合・分離を制御するかに関しては、さらなる解析が必要である。
ナノ気泡およびナノ超臨界流体を構成要素とする複合分離場の創製と高機能化

本研究では,疎水性ナノ細孔が気相および超臨界流体を安定に保持するという特異的機能を利用して,気相から超臨界流体まで広範囲に密度変換可能なナノ空間を介在する複合分離場を有する液体クロマトグラフィーシステムを設計・開発して,従来法にない分離選択性と高機能性を発現することを目的としている。本年度はまず,すでに開発したナノ気泡を固定相の構成要素とするHPLCである表面気泡変調液体クロマトグラフィー(SBMLC)を用い,オクタデシルシリカ(ODS)カラムにおける溶質分子の保持挙動に及ぼす移動相への有機溶媒の添加効果を,一般に汎用されるアセトニトリルと水の混合溶液を移動相として検討した。その結果,アセトニトリルは主に移動相/ODS界面およびシリカゲル基材表面に保持されること,そのため界面への吸着が大きい化合物の保持体積を顕著に減少させる一方で,純水を移動相とした系でテーリングを示す化合物のピーク形状を改善することを明らかにした。次に,粒子径の等しい多孔性および非多孔性ODS充填剤を重量比で1:1および1:2で均一混合したカラムを作製し,SBMLC系でカラム効率を測定した。その結果から,多孔性粒子内の細孔に固定化された気相は粒子間で接触してつながっていることが明らかになった。このことより,SBMLCの分離効率を高めるには,気体固定相の粒子間接触を防ぐこと,およびより高流速で分離を行わなくてはならないことがわかった。SBMLCカラムが揮発性有機化合物(VOC)を選択的にカラム内に保持することを利用して,環境水中のVOCをSBMLCカラムに捕集濃縮し,ついでこれをアセトニトリル/水混合溶液で溶出してRPLCにより分離する方法を開発した。この方法を地下水中のVOC分析に適用し,高い精確さと感度でVOCを測定できることを明らかにした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,疎水性ナノ細孔が気相および超臨界流体を安定に保持するという特異的機能を利用して,気相から超臨界流体まで広範囲に密度変換可能なナノ空間を介在する複合分離場を有する液体クロマトグラフィーシステムを開発することを第一の目的としている。本年度は,まず,ナノ気泡固定化法の最適化とそのサイズ制御技術の確立を目指して研究を行った。疎水性多孔質材料を充填したカラムを乾燥し,ついで純水を低圧で送液するという,すでに開発したナノ気泡固定化法を,アルキル結合型シリカのほかフッ化炭素修飾シリカ,フェニルヘキシル基修飾シリカ,そしてポリスチレンゲルに適用したところ,いずれも細孔内に気相が安定に固定化されることが明らかになった。また,C18シリカについて固定化される気相体積の温度依存性を調べたところ,検討した25ー60°Cの範囲では一定の体積となることがわかった。また,水にアセトニトリルを添加した移動相を用いた場合,10%までであれば気相は消失せず,安定に保持されていることが示された。さらに固定化気相体積は圧力を増加させると連続的に減少するので,圧力によってナノ気泡のサイズを制御できることがわかった。次に,疎水性ナノ空間への超臨界二酸化炭素固定化法の最適化とサイズおよび密度制御技術の確立を目的として検討を行った。粉砕したドライアイスを耐圧容器に充填し,これに水を送液しながら温度と圧力を調整して超臨界二酸化炭素をつくり出し,これと平衡化した水溶液をC18シリカカラムに送液するシステムを構成して,充填剤細孔内に超臨界二酸化炭素を固定化する方法を試みた。その結果,細孔内に超臨界二酸化炭素を安定に固定化することに成功した。さらに,送液する水溶液中の二酸化炭素濃度を変えることによって固定化超臨界二酸化炭素の体積を,また圧力によってその密度を変換できることを見出した。アルキル結合型シリカだけでなく,フッ化炭素修飾シリカ,フェニルヘキシル基修飾シリカ,およびポリスチレンゲルでも気相を充填剤のナノ細孔内に形成できることを明らかにし,ナノ気泡を固定相として含む表面気泡変調液体クロマトグラフィー(surface-bubble-mudulated liquid chromatography, SBMLC)が多様な表面化学構造を持つ疎水性充填剤を用いて実施できることを示すことができた。これは,SBMLCが多様な分離選択性を発現する可能性を示すものである。また,移動相は純水だけでなく,有機溶媒の添加が可能であることが明らかになり,これによって一部の化合物に見られたSBMLCでのピークテーリングが著しく改善された。本年度はまず,すでに開発したナノ気泡を固定相の構成要素とするHPLCである表面気泡変調液体クロマトグラフィー(SBMLC)により,アルキル結合型シリカカラムを用いた逆相分離場の溶質保持機構の解明を行った。この系は最も汎用的に用いられる分離系であり,アルキル結合層,疎水界面水,およびシリカ基材表面のエンドキャッピング層が固定相として機能するハイブリッド固定相をもつと考えられる。

SBMLCはこれに気相が固定相として加わるが,気相体積は圧力によって変えることができ,それに対応してバルク水と疎水界面水も変化する。これに対して,アルキル結合相体積は一定とみなすことができる。これを利用して,種々の溶質の保持体積の圧力依存性を解析することによって,各相および界面とバルク水相との間の分配係数を求めた。その結果,アルキル結合層,疎水界面水,およびエンドキャッピング層が示す各溶質の保持への寄与を定量的に評価することに成功した。次に,昨年度開発した方法により,アルキル結合型シリカカラムと二酸化炭素水溶液を用いてナノ超臨界二酸化炭素を固定化した超臨界流体固定化HPLC(SFS-LC)システムを構築し,種々の溶質の保持体積を測定してその分離機構の解明を行った。その結果,溶質保持に対する疎水界面水の寄与はSBMLCと同様極めて小さく,界面水に主に保持される化合物の保持体積は小さいのに対して,超臨界二酸化炭素に分配する化合物の保持は大きくなることが明らかになった。また,高流速で高い理論段数が得られることがわかった。開発したSBMLCを用いて,最大の目的の一つである,逆相分離系における固定相の各構成要素(水/疎水性界面,アルキル結合層,およびエンドキャッピング層)の溶質保持への寄与を定量的に評価することに成功した。これにより,これまで明らかにされてこなかった逆相分離系における溶質保持機構を解明することができた。アルコール,ニトリル,ケトンなどの親水性官能基を持つ化合物は主に水/疎水性界面に保持されるのに対して,ベンゼンやクロロホルムなどの非極性化合物は界面と同時にアルキル結合層内部にも分配していることを初めて実験的に明らかにしたことは大きな成果である。さらにSFS-LCを実現し,有効な固定相として機能する超臨界二酸化炭素を分離媒体とする実用的な分離法として確立することができた。本研究では,疎水性ナノ細孔が気相および超臨界流体を安定に保持するという特異的機能を利用して,気相から超臨界流体まで広範囲に密度変換可能なナノ空間を介在する複合分離場を有する液体クロマトグラフィーシステムを設計・開発して,従来法にない分離選択性と高機能性を発現することを目的としている。本年度はまず,すでに開発したナノ気泡を固定相の構成要素とするHPLCである表面気泡変調液体クロマトグラフィー(SBMLC)を用い,オクタデシルシリカ(ODS)カラムにおける溶質分子の保持挙動に及ぼす移動相への有機溶媒の添加効果を,一般に汎用されるアセトニトリルと水の混合溶液を移動相として検討した。その結果,アセトニトリルは主に移動相/ODS界面およびシリカゲル基材表面に保持されること,そのため界面への吸着が大きい化合物の保持体積を顕著に減少させる一方で,純水を移動相とした系でテーリングを示す化合物のピーク形状を改善することを明らかにした。次に,粒子径の等しい多孔性および非多孔性ODS充填剤を重量比で1:1および1:2で均一混合したカラムを作製し,SBMLC系でカラム効率を測定した。その結果から,多孔性粒子内の細孔に固定化された気相は粒子間で接触してつながっていることが明らかになった。このことより,SBMLCの分離効率を高めるには,気体固定相の粒子間接触を防ぐこと,およびより高流速で分離を行わなくてはならないことがわかった。SBMLC
腫瘍増殖・浸潤・転移を抑制する新規薬剤の開発

1.Thymidine phosphorylase(TP)とD-dRibは、HIF-1αのユビキチネーションを亢進して低酸素下でのHIF-1αのレベルを低下させる。HIF-1αは、アポトーシスをひき起こす因子であるBNIP3を誘導することが知られているが、低酸素下でBNIP3の発現が亢進し、TP、D-dRibがBNIP3の発現を抑制することがわかった。さらにD-dRibの立体異性体2-deoxy-L-ribose(L-dRib)はBNIP3の発現を亢進した。2.TPcDNAをトランスフェクトしてTPを高発現したJurkat細胞は、ノコダゾール、ビンクリスチン、ビンブラスチン、パクリタキセルに耐性を示した。これらの抗癌剤はBcl-2をリン酸化し、FasLの発現レベルを抑制するが、TPはこのリン酸化を抑制し、FasLの抑制を阻止した。これらのTPの作用がマイクロチューブルに結合する抗癌剤に対してTP発現細胞を耐性することが考えられた。3.L-dRibがTPを発現している腫瘍の浸潤をin vitroでもin vivoでも阻止すること、L-dRibがTP発現腫瘍で発現の亢進しているMMP-1とMMP-9の発現を抑制することを示した。4.TPは癌組織に浸潤するマクロファージや樹状細胞にも高く発現していることから免疫応答にもなんらかの機能をもつことが予想された。TPノックアウトマウスでは、Th1免疫反応抑制作用のあるIL10の血中濃度が低下しており、癌細胞でもTP発現とIL-10の発現が関連していることが判明した。1.TPI,2-deoxy-riboseによる血管新生、腫瘍増殖、浸潤、転移の抑制。TPが腫瘍の浸潤、転移に関与しているか、TP阻害剤、TPIが腫瘍の浸潤、転移を抑制するかを調べた。KB/TP細胞の遊走能、浸潤能はKB細胞に比べて高く、TPIはKB/TP細胞の遊走能、浸潤能をKB細胞のレベルにまで低下させた。ヌードマウスを用いた転移実験では、KB/TP細胞の転移能はKB細胞に比べて高く、TPIはKB/TP細胞の転移を強く抑制した。これらの結果からTPIの転移抑制剤としての可能性を示した。背部皮下法によりKB細胞とKB/TP細胞の血管新生能を調べるとKB/TP細胞の血管新生能が有為に高いが、2-deoxy-L-riboseはKB/TP細胞の血管新生能をKB細胞のレベルにまで抑制した。2.アポトーシス耐性の機構。2-deoxy-D-riboseは低酸素下でのHL60細胞のアポトーシスを抑制したが、2-deoxy-L-riboseがその作用を阻害した。低酸素下ではカスパーゼ9、3の活性が上昇したが、2-deoxy-D-riboseはその上昇を抑制した。低酸素下で誘導されるHIF-1αの発現を2-deoxy-D-riboseが強く抑制した。低酸素条件下では、bcl-2,bcl-XL発現レベルの低下、Baxの発現亢進、ミトコンドリアから細胞質ヘのチトクロームCの放出の増加が認められたが、2-deoxy-D-riboseはこれらをすべて阻害した。3.TPノックアウトマウスの作成と解析。TPノックアウトマウスはみかけ上正常で体重増加も順調であり、雌雄ともに妊娠可能であった。現在8月齢であるが健康で体重増加も野性型との間に差はみられない。今後長期的な観察が必要であると考えられる。マウスのUPはチミジンの分解を触媒するので、TP、UPのダブルノックアウトマウスを作製し実験を行っている。TPによるチミジンの代謝産物である2-デオキシ-D-リボースをHL-60細胞に加えると同細胞が低酸素下でのアポトーシスに耐性になった.今回2-デオキシ-D-リボースが低酸素下で引き起こされるBcl-2/bcl-xLの発現の低下、チトクロムcの細胞質への放出,カスパーゼ3,9の活性化を抑制することを確認した。また、2-デオキシ-D-リボースが,低酸素により誘導されるHIF-1αの発現量を減少させること,さらにこれはHIF-1αのユビキチン化を促進させることに基づいていることを証明した.2-デオキシ-L-リボースは、これらの2-デオキシ-D-リボースの作用を阻害した。ヒトにおいてはチミジンホスホリラーゼ活性の欠損がミトコンドリア脳筋症の一種であるMNGIE(Mitochondrial Neurogastrointestinal Encephalomyopathy)の原因となっていることが報告されている。我々はチミジンホスホリラーゼ(TP)・ウリジンホスホリラーゼ(UP)遺伝子を両方とも欠失したダブルノックアウトマウスを作製することにより全身のチミジンホスホリラーゼ活性を欠損させMNGIEの症状がみられるか,疾患モデルとして利用できるかを検討した。ダブルノックアウトマウス(TP/UPKO)のTP活性と血中のチミジン、ウリジン濃度を測定し、野生型マウスと比較した。すべての組織でTP活性は失われていた。血中のチミジン濃度は野性型と比較し、TP/UPKOは約5倍であった。10ヶ月齢のTP/UPKOの脳はMRIを用いたT2強調画像で高いシグナルが認められた。以上の結果よりTP/UPダブルノックアウトマウスは、脳に病変がみられることから、TP阻害剤の副作用として脳病変が予測されること、脳組織についてはMNGIEの疾患モデルとして利用できることが考えられた。

チミジンホスホリラーゼ(TP)を高発現したKB/TP細胞を移植したマウスでは、TPにより腫瘍の悪性度が増したが、2-deoxy-L-ribose(lRib)投与により、腫瘍細胞の播種、浸潤が抑制され、マウスの生存期間の延長が観察された。この効果は、TP発現腫瘍により産生された2-deoxy-D-ribose(dRib)に抑制的に作用した結果と思われる。これまでlRibは、dRibによる血管内細胞の遊走、血管新生の抑制、低酸素下でのアポトーシス抑制の阻害を行うことが確認されてきた。今回、これら作用に加え、lRibは腫瘍の浸潤に関わるMMPファミリーの発現を阻害し、腹膜播種において腫瘍浸潤に抑制的な効果をもたらした。lribの効果はTPIより強力であった。TPは抗癌剤によって誘導されるアポトーシスに対して抵抗性を賦与する。TP分子の発現は抗癌剤に対して抵抗性を賦与した。またTPによる抗癌剤耐性の賦与は、その酵素活性に関係がなく、TP分子の発現が抗癌剤のアポトーシス耐性に関与していると考えられる。TPの高発現細胞は、cisplatinによって誘導されるチトクロムCの放出を抑制したことから、TP分子が直接あるいは間接的にcisplatinによって誘導されるチトクロムCの放出を抑制していると推察される。TPに結合するアポトーシス関連の分子の存在が推測されるので今後さらに、TP分子と結合する分子を検索していく必要がある。1、Thymidinc Phosphorylase(TP)は、ピリミジンヌクレオシドの代謝に関与する酵素であるが、同時に血管新生作用を有する。TPはthymidineを分解するが、分解産物中2-deoxy-D-riboseが、Tpの機能のdownstream mediatorであることを明らかにしている。1)2-deoxy-L-riboseによる転移抑制:2-deoxy-D-riboseの立体異性体である2-deoxy-L-riboseがTPによる血管新生を抑制することから、転移も抑制することができるのではないかと考え、2種類の転移実験系で2-deoxy-L-riboseの転移抑制効果とその機序について調べた。2-deoxy-L-riboseは両実験系でTP発現癌細胞の転移を抑制した。TPによって誘導される血管新生因子、IL-8とVEGFの発現を2-deoxy-L-riboseが抑制することもわかり、転移抑制との関連が考えられた。2)2-deoxy-L-riboseによる浸潤の抑制:マウス腹腔内移植モデルで、TPを過剰発現しているKB/TP細胞の浸潤を2-deoxy-L-riboseが抑制した。さらにKB/TP細胞を腹腔内に移植したマウスに2-deoxy-L-riboseを経口投与すると生存期間が著しく延長した。KB/TP細胞ではMMP9の発現が亢進しているが、2-deoxy-L-riboseはin vitroでもin vivoでもMMP9の発現レベル減少させた。2、TPには、DNA傷害作用を有する抗癌剤に対して細胞を耐性にする作用がある。この作用にはTPの酵素活性は必要ではない。その機構を解析した。TP発現細胞は、非発現細胞に比べてDNA傷害のあとにおこるERKのリン酸化が抑制されていた。また、Aktがより強く活性化していた。