hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電子スピン共鳴(ESR)を用いた、膵島移植における膵島障害メカニズムの解析

スピントラップ剤であるCYPMPOを用いることにより、電子スピン共鳴にて容易にフリーラジカルの測定ができた。臓器保存液であるUW液、ET-Kyoto液を添加してもフリーラジカルのシグナルは減弱されず、通常濃度での臓器保存液の効果はフリーラジカルの消去によるものでは無いことが示唆された。膵島分離時の酸化ストレスは膵島収量に悪影響を与えることが判明した。膵移植モデルにおいて、血液中のフリーラジカルを測定することはきわめて困難であった。【ラット膵島移植モデルの作成】a.ラットからの膵島分離9週齢(200250g)の雄性Lewisラットを用いた。ペントバルビタールにて麻酔後、開腹。胆管よりコラゲナーゼ溶液を注入し膵臓を膨化後摘出。振盪しながら消化。Ficollによる比重勾配法にて膵島を純化する。1匹のラットより約1000ヶの膵島が分離可能となった。b.膵島移植自家移植モデルとしてドナー、レシピエントともLewisラットを用いた。ストレプトゾトシンにて糖尿病を発症せしめたラットをペントバルビタールにて麻酔後開腹。膵背側の門脈本幹を穿刺し、膵島を注入。経日的に血糖を測定し、通常血糖が3日以上連続したものを移植成功とした。膵島600ヶの移植では5匹中全例糖尿病は治癒できなかったが、膵島を1000ヶとすると、5匹中4匹(80%)が正常血糖となった。今後はこのモデルを元に、拒絶系(Lewis→Wister)モデルの作成、タクロリムス・プレドニゾロン等による薬剤障害モデルを作成し、電子スピン共鳴装置による測定を行う予定である。1.電子スピン共鳴装置によるフリーラジカルの測定ラジカルのトラップ剤として2-(5, 5-Dimethy1-2-oxo-2λ5-[1, 3, 2]dioxaphosphinan-2-y1)-2-methy1-3, 4-dihydro-2H-pyrrole 1-oxide(CYPMPO)を用い、アルコキシルラジカル由来と思われるスピンアダクトを測定し得た。2.膵島障害モデルの作成摘出したラット膵に30分の温阻血を加えた後に膵島を分離し、そのバイアビリティを測定した。ADP/ATPアッセイではコントロール0.281±0.331に対し温阻血群1.631±0.554であり、WST-1/DNAアッセイ(120分)では0.255±0.173対0.096±0.112であった。いずれも温阻血モデルにおいて有意にバイアビリティの低下を認めた。今後は各膵島障害モデルにおいてフリーラジカルを測定していく予定である。1.ヒドロキシラジカルの測定。2.各種膵保存液のヒドロキシラジカル消去効果の測定。上記1.のヒドロキシラジカル発生系へ細胞内液組成であるUniversity Wisconsin液(UW液)、細胞外液組成であるET-Kyoto液をそれぞれ10倍希釈、2倍希釈に調整して紫外線照射し、ESRにて測定したが、明らかなヒドロキシラジカル消去効果は得られなかった。3.膵島収量へのビリベルジンの効果は活性酸素の抑制によるものかの検討。ラット膵島分離に際し、リベレース溶液中にビリベルジンを混じると、膵島収量が増加する。コントロール:1193±223 IEq、ビリベルジン1mM:1328±358 IEq、10mM:1616±451 IEq、100mM:1527±403 IEq。それぞれの温消化中の上清をサンプリングし、ESRにて測定したものの、明らかなヒドロキシラジカル、スーパーオキサイドラジカルのアダクトは測定できなかった。膵島分離の際に用いるリベレース溶液の生産中止の影響により、日本では3年以上臨床膵島移植が中断している。今秋にも再開予定であり、再開した際には、レシピエントのサンプルを用いて、活性酸素を測定する予定である。
環境保全型農業のための、イネのリン欠乏ストレス応答形質の単離と機能解析

三大肥料の一つであるリンの欠乏は世界の農業生産上の重要な問題であるが、問題解決に役立ちうるイネの2種の遺伝研究を進めることができた。つまり、リンが欠乏すると根を伸ばす遺伝子については、この性質の有用性を示し遺伝子位置を絞り込むことにより遺伝子の正体解明に向けた成果を挙げることができた。また、古い葉のリンを再利用するのに役立ちうる酸性ホスファターゼの、機能解析と遺伝要因の解明を進めた。リンは必須元素の一つであるが、土壌中で植物が利用できない不可給態になり易く農業生産上の限定要因になる。世界中に広がるリン欠乏土壌に対して、低リン環境に適応した作物が育種できれば、リン肥料の過剰投与を抑制でき持続的な環境保全型農業が可能になる。また、リン吸収効率の高い植物を開発することで、リンの富栄養化した湖沼の環境修復にも応用できるだろう。植物のストレス応答機構に関する研究は現在盛んに行われているが、リン欠乏ストレスに対する遺伝子および発現遺伝子の解析は始まったばかりである。本研究では、リン欠乏条件のイネで誘導される(1)根の伸長と(2)酸性ホスファターゼ活性上昇、の2つのストレス応答形質に着目し、その遺伝子単離と応答機構の解明を目的とする。後者の形質については酵素活性上昇とリン利用効率との関連を調査しイネゲノムリソースの提供する染色体断片置換系統群(CSSLs)を利用した形質マッピングを行い遺伝子単離に向けた準備とし、先行している前者の形質についてはCSSLと背景親との交雑後代を用いたマップベースクローニングによって遺伝子単離を行なう。リン肥料の投入を減らし環境への負担を抑えた持続的農業を実現するためのイネ育種に向けて、2種類の有用遺伝子の探索を行っている。(1)リン欠乏によって誘導される根の伸長というストレス応答形質(以下、REPとよぶ)については、この形質を持つイネは水耕栽培条件で茎葉部へのリン蓄積量が高まることがわかり、DNAマーカーを用いた形質マッピングにより候補遺伝子を突き止めつつある。そのための精密マッピング用に、インディカ品種"Kasalath"(REPを持つ)の染色体断片をジャポニカ品種"日本晴"(REPを持たない)に導入した染色体部分置換系統(イネゲノム・リソースセンターより提供)を用いたF_2分離集団を作成し表現型および遺伝子型の調査を進めている。19年度には染色体部分置換系統を用いたF_2分離集団の追加調査を行い、染色体6長腕の領域に候補遺伝子を絞り込んだ(現在、論文投稿中)。つまり、数百個体のリン欠乏ストレス、スクリーニングおよびDNA抽出・マーカー解析の系を立ち上げ、精密マッピングを行うことができたので遺伝子単離の実現に近づいたといえる。今後は、マーカーと表現型の組換えから自殖後代種子を選抜し、更なる候補遺伝子の絞込みを行う予定である。(2)リン欠乏ストレスに応答して根の酸性フォスファターゼ(APase)活性が上昇するという形質については、幾つかのイネ品種を用いて評価条件を検討中であり、見出した品種間差の遺伝解析に適した染色体部分置換系統あるいは組換え自殖系統の表現型調査に向けての準備を進めている。またAPase遺伝子発現について、リアルタイムPCRによる発現定量解析を行っている。この形質についてはリン欠乏ストレス誘導性のAPaseの酵素活性上昇および発現上昇は、APase近傍の遺伝子多型によって説明できる状況証拠が整いつつある。(1)リン欠乏によって誘導される根の伸長というストレス応答形質については、この形質を持つイネは水耕栽培条件で茎葉部へのリン蓄積量が高まることおよび、DNAマーカーを用いた精密マッピングの研究成果を専門雑誌において発表した。現在は、候補遺伝子の単離に向けて、後代の検定を準備中である。またこの応答形質の研究を進めるにあたって、ストレス下における形質問の真の関連性を見出す適切な検定法としてグラフィカルモデルが応用できることが分かり、学会発表を行った。(2)リン欠乏ストレスに応答してホスファターゼ活性が上昇するというストレス誘導性の形質については、イネ品種"日本晴"と"カサラス"の葉身において品種間差を見出した。この品種間差は古い葉ほど高く、カサラスは日本晴の4倍も酵素活性が高くなることがわかった。リン欠乏ストレスによって葉身のホスファターゼ活性が高まることによって、古い葉の中の有機態リンを無機リンへと再利用するストレス耐性機構の存在が示唆されるため、今後カサラスの持つ遺伝子について遺伝学的に検証する予定である。F2分離集団を用いたQTL(量的遺伝子座)解析の結果から、染色体8に候補領域を見出しており、さらに葉身から抽出したRNAを用いたマイクロアレイ解析によっても候補になるホスファターゼ遺伝子を検出している。このホスファターゼ遺伝子は以前のマイクロアレイ解析から根でもリン欠乏ストレスによって誘導され、しかもカサラスで発現が有意に高く、葉身だけでなく根あるいは根圏でも有機態リンからの無機リン獲得に貢献しているかもしれないことが分かった。この点を今後は確かめていく。

リン肥料の投入を減らし環境への負担を抑えた持続的農業を実現するためのイネ育種に向けて、2種類の有用遺伝子(1)と(2)の探索を行った。(2)リン欠乏ストレスに応答して酸性ホスファターゼ(APase)活性が上昇する形質については、品種間差の確認を行なった。リン欠乏区および対照区で水耕栽培したイネ葉身毎のAPase活性を経時的に調査したところ、4週目(齢)以降で処理区間の差が大きくなり下位葉が上位より大きく、リン欠乏区5週目の品種カサラスの下位葉は日本晴の下位葉よりも数倍高くなることが確かめられた。このリン欠乏誘導性APase活性の上昇が植物体内のリン利用に及ぼす影響を観察するため個葉別のリン含量比較したところ、リン欠乏区で4週目に下位葉を切断した個体の5週目の上位葉のリン含量は有意に低下することが明らかになった。この結果は、本形質がリン利用効率を高める可能性を示唆する。以上、イネのリン欠乏ストレス応答形質の単離に向けての研究を進めることができた。本研究課題は平成22年度継続予定であったが、最終年度前年度応募に採用されたため、基盤(C)(課題番号22580010)にて成果を引き継ぎ研究を進める。
クリプトコックス症の病原因子検索、臨床病態解析とデータベースの構築

non-HIV感染患者に発症したクリプトコックス症について、分離されたクリプトコックス株の解析を行った。しかし、genotypeの相違(VNIもしくはVNII)と臨床的な特徴に明らかな関連を認めなかった。当科で経験された肺クリプトコックス症患者151例について臨床的な解析を行った。67例(41.4%)は基礎疾患を有しない患者に発症していた。残りの84症例(54.6%)は基礎疾患を有し、糖尿病、血液疾患、膠原病が多かった。結節陰影を示す症例が多く、CNS感染症がない場合は、アゾール系薬が使用されていた。基礎疾患がない場合は3ヶ月、ある場合は6ヶ月の治療が行われており、良好な治療成績を示した。本研究は、当科に保存する豊富な臨床分離クリプトコックス株を材料に、新たな病原因子を検索、病原因子の発現の定量化を行い、臨床病態と病原因子の発現量をデータベース化、また、クリプトコックス症の症例を集積し、将来的に、クリプトコックスリファレンスセンターを設立、診断、治療における中心的役割をはたすことを目的としている。平成21年度の当初の研究計画は、(1)臨床分離C.neoformans cDNAライブラリーの作成、(2)培養細胞に発現ライブラリーを導入しスクリーニング、(3)クローニングされたC.neoformans遺伝子のシークエンスを行い、データベースを用いてそれぞれのタンパクの情報を解析する。という予定であった。しかし、本研究遂行のために、実際の臨床分離株全株について、その菌種の再確認、血清型、疫学的な分類など、基本的な情報の再取得、確認を行う作業が必須となった。さらに、対象株数も多く、従来の当科のオリジナルの手法では、効率よく実験を遂行できないため、効率のよいgDNAやRNA抽出にも必要となる手技や機器について、最新の手法を習得するため、研究分担者が、米国国立衛生研究所のNIAIDに赴き、技術指導やトレーニングを行ってきた。現在、凍結乾燥器やビードビーターを用いることにより、一度に多数の検体を処理できる体制が整い、gDNAの抽出を開始した。従来の方法に比較して、短時間で多量のサンプルを処理できることが可能となった。という予定であった。平成22年度には、菌からのgDNA、RNAの抽出法について簡易的に可能となった。全分離株について、gDNAを抽出し、血清型と菌株同士の相同性をみるために、遺伝子学的に検討を行った。血清型確認にはPCR法を用い、ほとんどの株がα型であった。遺伝子学的疫学研究にはMLST法を用いて、全株の7つの遺伝子解析を行い、数株を除いてほとんどの菌株がVNI型(数株はVNII型)であり、韓国や中国の報告とほぼ同様の結果が得られた。東アジアで分離される株は遺伝子学的に近似であることが証明された。平成21年度の当初の研究計画は,(1)臨床分離C.neoformans cDNAライブラリーの作成、(2)培養細胞に発現ライブラリーを導入しスクリーニング、(3)クローニングされたC.neoformans遺伝子のシークエンスを行い、データベースを用いてそれぞれのタンパクの情報を解析する。という予定であった。

全分離株について、gDNAを抽出し、血清型と菌株同士の相同性をみるために、遺伝子学的に検討を行った。血清型確認にはPCR法を用い、ほとんどの株がα型であった。遺伝子学的疫学研究にはMLST法を用いて、全株の7つの遺伝子解析を行い、数株を除いてほとんどの菌株がVNI型(数株はVNII型)であり、韓国や中国の報告とほぼ同様の結果が得られた。東アジアで分離される株は遺伝子学的に近似であることが証明された。平成23年度には、上記で解析した株の臨床的背景を解析した。全例、non-HIV感染患者に発症したクリプトコックス症で、糖尿病などの基礎疾患を有する率は、65.4%であった。さらに全例肺クリプトコックス患者で、中枢神経系の合併症を呈した症例は4例のみであった。Genotypeの相違(VNIとVNII)での臨床的な特徴に差はなかったが、VNIIが検出された3症例のうち2症例は死亡の転帰をとった。Genotypeと臨床的予後については、今後の更なる症例解析が必要である。HIV/AIDS時代にあり、クリプトコックス感染症は、死亡率も高くきわめて重要な日和見感染症である。さらに、肺クリプトコックス症は健常人にも発症する可能性のある深在性真菌症である。これまで、病原因子の基礎的な検討は行われているもの、大規模な臨床分離株を用いた包括的な病態解析に関する知見は少ない。本研究では、わが国のクリプトコックス症について、臨床分離株の真菌学的背景と臨床病態を調査した。まず、当科に保存する豊富な臨床分離クリプトコックス株からgDNAを抽出し、血清型と菌株同士の相同性をみるために、遺伝子学的に検討を行った。遺伝子学的疫学研究にはMLST法を用いて、全株の7つの遺伝子解析を行った。数株を除いてほとんどの菌株がVNI型(数株はVNII型)であり、韓国や中国の報告とほぼ同様の結果が得られた。Genotypeの相違(VNIとVNII)での臨床的な特徴に明らかな差はみられなかった。次に、当科で経験された肺クリプトコックス症患者151例について臨床的な解析を行った。67例(41.4%)は基礎疾患のない患者に発症していた。残りの84症例(54.6%)は何らかの基礎疾患を有しており、糖尿病、血液疾患、膠原病が多かった。画像所見について、結節陰影を示す症例が多く、CNS感染症を認めない場合は、アゾール系抗真菌薬が使用されており、基礎疾患がない場合は3ヶ月、ある場合には6ヶ月の治療が行われており、良好な治療成績を示していた。わが国におけるクリプトコックス症の疫学および臨床病態を理解する上で有用な知見が得られた。本研究は、当科に保存する豊富な臨床分離クリプトコックス株を材料に、新たな病原因子を検索、病原因子の発現の定量化を行い、臨床病態と病原因子の発現量をデータベース化、また、クリプトコックス症の症例を集積し、将来的に、クリプトコックスリファレンスセンターを設立、診断、治療における中心的役割をはたすことを目的としている。
Si(110)表面の一次元電子状態の研究

最近、従来のSi(100)面に加えてSi(110)面が立体型半導体デバイスに利用されるようになってきた。しかし、その基礎物性に関する研究は、ほとんど行われていない。本研究ではバルクSi(110)面の電子状態の解明を目的とし、我々のグループで開発した高品位な水素終端Si(110)-(1×1)表面を用い、高分解能角度分解光電子分光法によるエネルギー分散の測定、密度汎関数法による第一原理計算を行い、実験と理論の両面から電子バンド構造を明らかにした。更に、電子及びホール移動度の評価、表面フォノン分散やエッチング過程の解明等の発展的研究も実施した。本研究の目的は、我々の研究グループで開発した高品位な水素終端Si(110)-(1×1)[H:Si(110)]表面を用い、その表面及びバルク構造に由来する1次元・2次元物性、特に、フォノンと電子状態を明らかにすることにある。加えて、水素終端Si(111)-(1×1)[H:Si(111)]表面も含め、表面の物性研究やデバイスへの応用を目指した基礎研究も行う。H:Si(110)表面は、二つの直交した方向、Γ-Χ方向およびΓ-Χ'方向が存在し、強い異方性が存在する表面である。本年度は、表面フォノン、表面及びバルクの電子状態を中心に実験と理論解析を行った。(1)高分解能電子エネルギー損失分光法を用い、損失エネルギーの角度依存性を観測し、H:Si(110)表面の表面フォノン分散を実験的に決定した。その結果、Γ-Χ方向に伝播する1次元フォンの存在を明らかにした。(2)密度汎関数法を用いた第一原理計算によりH:Si(110)表面の表面フォノン分散を計算した。その結果により、実験より求められた表面フォノン分散の背後にある物理的意味を明らかにすることができた。一方、HーSi伸縮振動および変角振動モードに、実験と理論の比較で説明できない不一致も明らかになった。(3)高分解能角度分解光電子分光法を用いて、H:Si(110)表面をHeI、HeII、Xe光源で励起し、放出される光電子の角度依存性を観測し、電子バンドの分散を決定した。バルクにΓ-Χ方向に1次元バンドが存在すること、表面にHーSiの2次元バンドが存在することを実験的に明らかにした。(4)走査トンネル顕微鏡およびトンネル分光法を用いて、表面の原子配列及びトンネル電流のバイアス電圧依存性を観察した。(5)原子間力顕微鏡によりH:Si(110)表面のエッチング過程を観察し、Γ-Χ方向に伸びた特異な1次元構造を観察した。a.表面フォノンの研究を通して得られるH:Si(110)表面の構造及び結合状態の理解は、電子エネルイギー損失分光法による観測、密度汎関数法による計算とも順調に進行し、既に論文として公表した。一方、実験と理論の不一致も明らかになってきた。b.電子状態の研究を通して得られるH:Si(110)表面の電子状態、バルクSi(110)の電子状態に関しては、高分解能角度分解光電子分光法により、実験的にエネルギーバンド構造を精度よく決定することができた。この実験の大きな問題は、大気中で作成したH:Si(110)試料を超高真空中に導入し、光電子分光により測定が可能かということであった。実際試したところ、問題なく高分解能で観測ができることが明らかになった。この結果は、本表面が大気中においても安定し、不活性な表面であることを示す。c.本年度計画にある上記a、b、2項目に加え、走査トンネル顕微鏡およびトンネル分光によるによるH:Si(110)表面の構造と電子状態の観察、原子間力顕微鏡によるH:Si(110)表面のエッチング過程の観察、低速電子線回折によるH:Si(111)表面でのAgクラスターの成長過程の観察も遂行することができた。本研究の目的は、我々の研究グループで開発した高品位な水素終端Si(110)-(1×1)表面[H:Si(110)]を用い、その表面及びバルク構造に由来するフォノンと電子状態を明らかにすることにある。加えて、H:Si(111)表面も含め、表面の物性研究やデバイスへの応用を目指した基礎研究も行う。本年度は、昨年度の成果を発展させるために、引き続き表面フォノン、表面及びバルクの電子状態の研究を中心に実験と理論解析を行った。加えて、平坦な表面の作製のために、化学的なエッチング過程の実験的・理論的研究も遂行した。その結果、以下の8項目の成果を得た。(1)計画に従って、重水素化表面D:Si(110)及びD:Si(111)表面の開発を行い、論文を発表した。(2)本申請で計画した電子エネルギー損失分光法による測定に加え、赤外フーリエ分光法で測定を行った。(3)電子状態に関して、局所電子密度近似を用いて第一原理計算を行った。その計算と昨年度実施した高分解能角度分解光電子分光法によって得られたエネルギー分散曲線との比較を行い、電子状態を明らかにした。(4)計画に従って、上記エネルギー分散曲線からΓ-X方向及びΓ-X'方向のホール移動度を求め、現在のデバイス特性との関連を議論した。(5)項目(3)及び(4)を論文としてまとめ、投稿した。(6)昨年度

明らかになったエッチング過程で出現するΓ-X方向の特異な1次元構造に関して解析を進めた。非線形偏微分方程式Kuramoto-Sivashinsky方程式に従うことを明らかにした。(7)その妥当性と適用可能性を探究するために、Si(110)微傾斜面を用いてエッチング過程の観察をAFMにより行った。(8)計画に従って、H:Si(111)表面におけるAgクラスターの初期成長過程をSTM及びAFMで観察した。その結果、特異な量子サイズ効果の発現を観察した。a.実績(1)から(8)に述べたように、多少の遅れはあるが、計画通りに実験結果と理論計算結果が得られており、国際会議で2件、国内の学会で1件の招待講演と12件の発表を行っている。b.実績(1)に述べたように、重水素化表面D:Si(110)-(1×1)及びD:Si(111)-(1×1)表面の開発を行い、論文として発表した。c.実績(5)に述べたように、Si(110)面の電子状態とホール易動度に関する論文をまとめ投稿した。現在、査読結果に対する回答及び改訂原稿を提出し、再審査の結果を待っているところである。d.申請書に記述した実験データに関して、H:Si(110)及びH:Si(111)表面の酸化に関する以外、すべてを取得した。本研究の目的は、高品位な水素終端Si(110)-(1×1)[H:Si(110)]表面を用い、その表面及びバルク構造に由来する電子状態とフォノンとを明らかにすることにある。加えて、D:Si(110)表面、H:Si(110)微斜面やH:Si(111)表面を含め、表面の物性研究やデバイスへの応用を目指した基礎研究も行う。本年度は、本申請の最終年度として、昨年度までの成果を基に、角度分解光電子分光法による実験と第一原理計算により明らかとなったSi(110)面の電子状態の論文を公表した。査読者との応答の過程で、第一原理計算で用いたスラブの厚さ依存性の再計算も行った。また、以下の成果を論文2編、学会発表13件(内国際会議3件)として公表した。(1)高分解能電子エネルギー損失分光法を用い、D:Si(110)表面の表面フォノン分散を実験的に決定し、第一原理計算により得られた表面フォノン分散と比較し、Γ-Χ方向に伝播する1次元フォンの存在を明らかにした。さらに、第一原理計算の精度に関しても議論した。また、H:Si(110)表面の結果とも比較検討した。(2)H:Si(110)平坦面、及び微斜面のエッチング過程を原子間力顕微鏡、及び走査トンネル顕微鏡で観察し、1次元フォノンの伝搬方向に延びる1次元構造を観察した。その時間発展が、Kuramoto-Sivashinsky方程式に従うことを明らかにした。(3) Si(110)面の電子状態の公表論文の成果を検証するために、走査トンネル顕微鏡およびトンネル分光法を用いて、H:Si(110)表面の原子配列及びトンネル電流のバイアス電圧依存性を観察した。(4) H:Si(111)表面にAg原子を蒸着し、Agクラスター成長過程の蒸着速度依存性を観測した。その結果、遅い速度で蒸着した場合、高さ方向に量子サイズ効果が発現することを発見し、論文として公表した。最近、従来のSi(100)面に加えてSi(110)面が立体型半導体デバイスに利用されるようになってきた。しかし、その基礎物性に関する研究は、ほとんど行われていない。
非線形プリコーディングを用いるXOR物理層ネットワークコーディングの研究

(1)多値変調の適用と演算量低減,及び誤り低減:双方向無線中継システムの高速化を狙い,物理層ネットワークコーディングへの16QAMの適用方法を検討した.まず,16QAMを適用した場合のXOR物理層ネットワークコーディングの中継局構成法を検討し,多値モジュロ処理を行うことで物理層ネットワークコーディングが実現できることを明らかにした.さらに,非線形プリコーディングにストリーム毎利得制御を導入した新しい端末信号処理方法を考案した.提案法は2つの端末から送信される信号の電力和が一定になるよう制御されており,中継局に対して端末が対称な位置に存在すれば,消費電力の増大を招かない.また,提案送信信号処理により,中継局の演算量も著しく低減できることを明らかにした.一方,提案方法を用いることで,BER=10E-2点で伝送特性を8dB以上も改善できることを明らかにした.また,さらなる多値変調,例えば1024QAM変調を適用しても高い伝送特性が達成できることをあきらかにした.(2)アンテナ数が不均一な無線中継ネットワークへの拡張と高速化:端末の送信アンテナ以上の数のアンテナを有する中継局が存在する場合,あるいは中継局のアンテナ数は少なくとも,数多の中継局が存在する環境において,通信品質を最大にするXOR物理層ネットワークコーディングのための新しいアンテナ選択方法を考案した.提案方法では,中継局でのXOR符号化された信号の特性が中継ネットワーク全体の通信品質を決めることに着目し,XOR符号化された信号の信号検出特性を最大にするアンテナを選択する.まず,XOR符号化された信号の伝送特性を理論的に導出し,これを評価基準として10本のアンテナから2本のアンテナの選択を行ったところ,BER=10E-2点で伝送特性を13dB以上も改善できることを明らかにした.(1)当初の予定通り,無線双方向中継システムの高速化を狙い,XOR物理層ネットワークコーディングにおける多値変調の適用方法を検討し,その実現方法を考案した.加えて,端末の消費電力の増大を招かない新しい送信信号処理方式を提案した.この方式は,当初想定していたストリーム毎利得制御を含むものであり,当初の予定通りである.また,この信号処理方式が中継局の演算量を著しく低減させられることも示しており,当初の計画通りである.さらには,提案法により高い伝送特性が得られており,当初の予定を上回る研究成果が得られている.(2)当初の予定通り,原理的に中継局において過負荷受信状態を発生させるXOR物理層ネットワークにおいて,(1)よりさらに厳しい過負荷状態を発生させる端末のアンテナ数よりも中継局のアンテナ数が多い場合のシステム構成方を検討し,伝送特性上の上限を与えるアンテナ選択方法を提案した.また,本提案法には誤り訂正の適用も含まれており,当初の計画をすべて満足させる研究成果が得られている.前年度から検討を開始したXOR物理層ネットワークコーディングに適したストリーム毎利得制御機能を備えた非線形プリコーディングの特性改善方を検討する.前年度の検討でも優れた伝送特性が達成できることが示されてきたが,多値化を進めると,即ち16QAMから1024QAMと多値数を上げていくと,若干の特性劣化が見られた.この特性を解析すると同時に,その劣化補償方法を検討する.一方でさらなる高速化を目指して,中継局アンテナ数を増大させた場合の信号処理方法を検討する.中継局を増大させると過負荷状態になるため,我々が数年来検討してきた,過負荷MIMO技術に関わる知見を活かして,中継局側に規定格子縮小などの信号処理技術を導入し,過負荷に伴う伝送特性の劣化抑圧を図り,スループットの向上を狙う.(1)多値変調の適用と演算量低減,及び誤り低減:双方向無線中継システムの高速化を狙い,物理層ネットワークコーディングへの16QAMの適用方法を検討した.まず,16QAMを適用した場合のXOR物理層ネットワークコーディングの中継局構成法を検討し,多値モジュロ処理を行うことで物理層ネットワークコーディングが実現できることを明らかにした.さらに,非線形プリコーディングにストリーム毎利得制御を導入した新しい端末信号処理方法を考案した.提案法は2つの端末から送信される信号の電力和が一定になるよう制御されており,中継局に対して端末が対称な位置に存在すれば,消費電力の増大を招かない.また,提案送信信号処理により,中継局の演算量も著しく低減できることを明らかにした.一方,提案方法を用いることで,BER=10E-2点で伝送特性を8dB以上も改善できることを明らかにした.また,さらなる多値変調,例えば1024QAM変調を適用しても高い伝送特性が達成できることをあきらかにした.(2)アンテナ数が不均一な無線中継ネットワークへの拡張と高速化:端末の送信アンテナ以上の数のアンテナを有する中継局が存在する場合,あるいは中継局のアンテナ数は少なくとも,数多の中継局が存在する環境において,通信品質を最大にするXOR物理層ネットワークコーディングのための新しいアンテナ選択方法を考案した.提案方法では,中継局でのXOR符号化された信号の特性が中継ネットワーク全体の通信品質を決めることに着目し,XOR符号化された信号の信号検出特性を最大にするアンテナを選択する.まず,XOR符号化された信号の伝送特性を理論的に導出し,これを評価基準として10本のアンテナから2本のアンテナの選択を行ったところ,BER=10E-2点で伝送特性を13dB以上も改善できることを明らかにした.(1)当初の予定通り,無線双方向中継システムの高速化を狙い,XOR物理層ネットワークコーディングにおける多値変調の適用方法を検討し,その実現方法を考案した.加えて,端末の消費電力の増大を招かない新しい送信信号処理方式を提案した.

この方式は,当初想定していたストリーム毎利得制御を含むものであり,当初の予定通りである.また,この信号処理方式が中継局の演算量を著しく低減させられることも示しており,当初の計画通りである.さらには,提案法により高い伝送特性が得られており,当初の予定を上回る研究成果が得られている.(2)当初の予定通り,原理的に中継局において過負荷受信状態を発生させるXOR物理層ネットワークにおいて,(1)よりさらに厳しい過負荷状態を発生させる端末のアンテナ数よりも中継局のアンテナ数が多い場合のシステム構成方を検討し,伝送特性上の上限を与えるアンテナ選択方法を提案した.また,本提案法には誤り訂正の適用も含まれており,当初の計画をすべて満足させる研究成果が得られている.前年度から検討を開始したXOR物理層ネットワークコーディングに適したストリーム毎利得制御機能を備えた非線形プリコーディングの特性改善方を検討する.前年度の検討でも優れた伝送特性が達成できることが示されてきたが,多値化を進めると,即ち16QAMから1024QAMと多値数を上げていくと,若干の特性劣化が見られた.この特性を解析すると同時に,その劣化補償方法を検討する.一方でさらなる高速化を目指して,中継局アンテナ数を増大させた場合の信号処理方法を検討する.中継局を増大させると過負荷状態になるため,我々が数年来検討してきた,過負荷MIMO技術に関わる知見を活かして,中継局側に規定格子縮小などの信号処理技術を導入し,過負荷に伴う伝送特性の劣化抑圧を図り,スループットの向上を狙う.本年度に予定していた幾つかの学術論文が査読に時間を要したため,本年度に掲載されなかった.そのため,本年度に経費を計上できなかった.ただし,そのいつくは採録が決定しており,次年度には掲載され経費を計上する予定である.また,昨年度の研究成果の一部は国際会議に投稿する予定であったが,適当な国際会議が見当たららなかったため,投稿を次年度に繰り越した.従って,そのための経費を翌年に繰り越した.その論文は次年度に発表を予定している.また,計算機サーバーの選定に時間がかかり,本年度には計上できなかった.今年度には適切な計算機の購入を予定する.
脂肪酸代謝酵素の遺伝子発現誘導機構に関する研究

酸化ストレスと誘導型シクロオキシゲナーゼ(COX-2)については様々な疾病との関係が指摘されているものの、両者間の関連については現在まで詳細に検討されていない。そこで脂質の過酸化反応により生じる脂質アルデヒドである4-ヒドロキシ-2-ノネナール(HNE)によるCOX-2の発現誘導について、誘導に関与する情報伝達経路を生化学的、分子生物学的手法を用いて明らかにすることを目的として研究を行った。まず発現に関与する分子の特定を、主に阻害剤を用いて検討した。その結果、上皮増殖因子レセプター(EGFR)様チロシンキナーゼ、Srcチロシンキナーゼ、およびホスファチジルイノシトール3リン酸キナーゼ(PI3-K)が関与する事を明らかとした。これまでの研究より、HNEによるCOX-2発現誘導にはp38 MAPKを介したmRNAの安定化が重要な経路である事を明らかにしている。そこでこれらの分子とp38 MAPKの位置関係について検討した。その結果、p38 MAPKの上流にはEGFR様チロシンキナーゼおよびSrcチロシンキナーゼが位置し、PI3-Kは関与しないことを明らかにした。この結果はmRNAの安定化にも反映されていた事から、HNEによるCOX-2の発現には,EGFR様チロシンキナーゼ、Srcチロシンキナーゼおよびp38 MAPKを介したmRNAの安定化による発現制御機構と、PI3-Kを介した安定化に依存しない経路により制御されている事を明らかとした。次にPI3-Kにより制御される発現機構について、転写レベルによる制御であると考え検討を行い、その関与を明らかとした。その過程で、通常p53が転写因子であるSp1と相互作用し、その結果COX-2の発現を抑制的に制御している可能性を見い出した。今後、より詳細な制御機構の解明が期待される。
糸状菌二次代謝産物のユニークな構造形成に関わる新規酵素の同定と構造多様化への展開

本研究課題では、糸状菌PKS-NRPSハイブリッド酵素に由来するテトラミン酸ポリケチド化合物の生合成機構、特に特徴的な環構造形成に関わる酵素の同定とその生合成メカニズム解明を目的とした。前年度に引き続き、ユニークな五環性の縮合環構造を有するフサリセチンAの生合成経路解析に注力した。その特徴的な環構造形成のプロセスは大きく2つに分けることができる。立体選択的なデカリン環形成と、テトラミン酸とデカリンから構成されるエキセチンのフサリセチンへの変換である。本年度は、前者のプロセスに関わる新規酵素遺伝子fsa2を発見した。エキセチンの骨格形成を担うPKS-NRPSハイブリッド酵素遺伝子fsa1に隣接するfsa2遺伝子は既知のタンパク質や機能モチーフとは相同性を示さず、その生合成経路における役割の推定が困難であった。そこでfsa2遺伝子を欠失させ、その代謝物生産を評価したところ、エキセチンの生産性が大きく損なわれることに加え、エキセチンの異性体の生産が認められた。その異性体の構造を各種二次元NMR、CD測定等により、cis-デカリン環を有するエキセチンのジアステレオマーであると決定した。この結果より、Fsa2がエキセチン生合成経路において、endo選択的なDiels-Alderaseとして機能していることが示唆された。一方、後者のプロセスについては、fsaクラスターとその周辺の遺伝子すべてを対象とした遺伝子破壊実験を行ったが、エキセチンからフサリセチンAへの変換活性を失った変異株の取得には至らなかった、遺伝子クラスターを完全に欠失させた変異株にエキセチンを投与しても依然としてフサリセチンA生産が回復したことと合わせて考慮すると、変換に関わる酵素遺伝子はfsaクラスターとは別の場所に存在していることが判明した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では、糸状菌PKS-NRPSハイブリッド酵素に由来するテトラミン酸ポリケチド化合物の生合成機構、特に特徴的な環構造形成に関わる酵素の同定とその生合成メカニズム解明を目的としている。研究実施計画に沿って研究を進めた結果、本年度は以下の成果が得られた。1.フサリセチン、およびピロリジラクトン生産糸状菌のドラフトゲノム解読を行い、それぞれ40, 51 Mbの塩基配列情報を得た。二次代謝産物生合成遺伝子クラスター同定用ツール2ndFindを用いて、候補となる生合成遺伝子クラスターの探索を行った。その結果、PKS-NRPSハイブリッド酵素遺伝子を含む遺伝子クラスターをフサリセチン生産菌から1つ、ピロリジラクトン生産菌から5つ見いだすことが出来た。2.フサリセチン生産菌Fusarium属FN080326株に唯一見いだされたPKS-NRPSハイブリッド酵素遺伝子fsa1破壊により、フサリセチンおよびその予想生合成中間体であるエキセチンの生産が消失することを確認した。これより、fsa1を含む遺伝子クラスターがフサリセチン生合成に関与していることを実証した。本菌株の形質転換ならびに遺伝子改変株作製が比較的容易であったため、計画に挙げていたゲノムライブラリー構築(とA. oryzae等の汎用糸状菌宿主へのクラスター導入)は行わないこととした。3.フサリセチン生合成遺伝子(fsa)クラスターに含まれるすべての遺伝子を対象とした遺伝子破壊実験を行った。形質転換にはアグロバクテリウム法を用い、標的とするfsa遺伝子全長を薬剤耐性遺伝子と置換した遺伝子破壊株を作製した。得られた破壊株の代謝物生産プロファイリングにより、各遺伝子の生合成における役割を特定した。予想とは異なり、遺伝子クラスターの中にはエキセチンからフサリセチンへの変換を担う酵素遺伝子が含まれていなかった。

一方、後者のプロセスについては、fsaクラスターとその周辺の遺伝子すべてを対象とした遺伝子破壊実験を行ったが、エキセチンからフサリセチンAへの変換活性を失った変異株の取得には至らなかった、遺伝子クラスターを完全に欠失させた変異株にエキセチンを投与しても依然としてフサリセチンA生産が回復したことと合わせて考慮すると、変換に関わる酵素遺伝子はfsaクラスターとは別の場所に存在していることが判明した。26年度が最終年度であるため、記入しない。ドラフトゲノム解読により候補となる生合成遺伝子クラスターの絞り込みと、それに基づく遺伝学的解析によりフサリセチン生合成遺伝子クラスター同定に成功している。クラスターに含まれる遺伝子の破壊実験と得られた破壊株の解析もほぼ予定通り進められた。ピロリジラクトンについても候補遺伝子クラスターの絞り込みまで完了しており、計画修正により次年度における目的達成は可能だと考える。遺伝子クラスターの中に含まれていなかったフサリセチン合成酵素遺伝子については、RNA sequencingや類縁糸状菌のゲノム解読を行うことで、効率的に同定を進める。また、研究計画ではA. oryzae等の汎用糸状菌宿主を用いることを予定していたが、形質転換が比較的容易であるフサリセチン生産菌をそのまま解析の宿主として利用し、生合成遺伝子クラスター解析、経路改変による構造多様化を行うこととする。
テンソル積型変分関数を用いた密度行列繰り込み群による高次元系の解析

本研究では2次元的な局所重率の積として表される試行関数を、2次元量子系および3次元古典系の変分関数として用いる数値くりこみ群手法を開発した。2次元量子系については、その代表例であるS=1/2正方格子XXZ模型に対して、3自由度の等方的IRF模型を変分波動関数として用い、少ない自由度で基底エネルギーの上限値を精度良く評価できることを実証した。特に、XY異方性が強い場合に、近似精度が改善される。3次元古典系では、その代表例である立方格子イジング模型に対して、162自由度の局所重率を敷き詰めた変分関数を適用してみた。この場合は最適化すべきパラメターの数が多いので、自動的にテンソル要素を改良する必要がある。試行錯誤の結果として、エネルギーの変分極小を正しく導く計算アルゴリズムの開発に成功し、相転移温度の精密評価が可能であることを実証した。以上2つの例では系が一様であった。これは、変分エネルギーの評価手段として「角転送行列繰り込み群」を用いたことによる制限である。そこで、秩序変数が空間変調を持つ場合も取り扱えるように「密度行列繰り込み群」をテンソル積型変分の形式中に取り入れる試みもはじめた。古典競合相互作用系の代表であるANNNI模型にこの新たな解析法を適用し計算を進めている。これまでに、標準的な相図として従来用いられて来た「悪魔のバラ」的な構造には、平均場近似による「整合的変調秩序相の強い安定化」が含まれている可能性などが得られている。これらの研究の副産物の一つとして、空間次元をひとつ下げた1+1次元対称/非対称確率的拡散系に対する光円錐内部での局所因子の足し上げに、角転送行列繰り込み群がそのまま応用できることが判明した。ただ、系の初期条件によっては、角転送行列繰り込み群で用いる密度行列が自明になり、繰り込み群変換に利用できない場合がある。この問題は、今後解決すべき研究課題の一つとしたい。本年度は、3次元古典系の代表例である3次元Ising模型および3次元3状態Potts模型について、その転送行列固有状態を「自由度を増やす補助場を含んだ」局所的なテンソルの積で構成し、大域的な変分フリーエネルギーが極小になるように各局所テンソルの要素を調整することを試みた。熱力学極限においては、大域的な極小と局所的な極小は一致すべきであるから、局所的変分フリーエネルギーの極小を与える方程式を、数値的な反復計算により自己無矛盾に解くことによって最適な局所テンソルを得た。この反復計算は、極小点近傍では正定値行列に対する一般化固有値問題と等価で数値的に安定であるが、極小点を遠く離れると正定値性が崩れ、そのまま局所的に最適化を進めると大域的フリーエネルギーを逆に増大させてしまう。この問題を解決するために、局所的変分テンソルのノルムを保つ拘束条件を導入し、計算を安定化させることに一応成功した。この新たなアルゴリズムの適用により、弱い1次相転移を示す3次元3状態Pots模型の転移点を変分法の範疇で精密に割り出すことが可能となった。また、2次元Ising模型についてはTc近傍を除く温度領域で自発磁化を精密に決定できた。今後の問題点としては、新たに導入した拘束条件が反復計算の収束を遅くする副作用が一番に挙げられる。具体的には、フリーエネルギー極小点周辺の「くぼみ」が浅くなればなるほど、加速的に計算の収束が悪くなって行く。

特に、Ising模型など2次相転移を示す模型ではTcにおいて「くぼみ」の深さがゼロになり、原理的に計算が破たんする。極小点近傍にさしかかった所で、別の加速アルゴリズムを導入することによって解決を計りたい。本研究では、局所的な重率因子をテンソルで表現し、その2次元的な積を変分関数とする2次元量子系および3次元古典系の変分解析法を開発した。2次元量子系では、その代表例である正方格子ハイゼンベルグ模型に対して、16自由度の重率因子をチェスボード型に配した変分波動関数を用い、少ない自由度で基底エネルギーの上限値を精度良く変分評価できることがわかった。特に、XY異方性が強い場合に、近似精度が改善される。この現象は、今後解析手段により解明して行きたい。3次元古典系では、その代表例である立方格子イジング模型に対して、162自由度の重率因子を隙間なく敷き詰めた変分関数を適用してみた。自由度が大きいので、この場合は自動的にテンソル要素を最適化する必要がある。試行錯誤の結果として、エネルギーの変分極小を正しく導く計算アルゴリズムの開発に成功し、相転移温度の精密評価が可能であることを実証した。以上2つの例では、系が一様である場合のみの取り扱いであった。これは、数値計算の手段として「角転送行列繰り込み群」を用いていたからである。そこで新たに、秩序変数が空間変調を持つ場合をも取り扱うために「密度行列繰り込み群」をテンソル積型変分の中に取り入れ、古典競合相互作用系の代表であるANNNI模型に適用した。この系の解析は現在も進行中であるが、標準的な相図として従来用いられて来た「悪魔のバラ」的な構造には、平均場近似による「整合的変調秩序相の強い安定化」が含まれている可能性が洗い出されつつある。これらの研究の副産物の一つとして、空間次元をひとつ下げた1+1次元対称/非対称確率的拡散系に対する光円錐内部での局所因子の足し上げに、角転送行列繰り込み群がそのまま応用できることが判明した。ただ、系の初期条件によっては、角転送行列繰り込み群で用いる密度行列が自明になり、繰り込み群変換に利用できない場合がある。この問題は、今後解決すべき研究課題の一つとしたい。
包括的なバランス機能障害評価および介入効果のモニタリングシステムの開発

本研究の目的は、これまでに作成してきたバランス機能の指標間の相互関係の理解に基づき、歩行時に重心が足圧により制御される仕組みについて検討を行うことである。対象者は、手すりなしでトレッドミル上で歩行可能なパーキンソン病患者10名、小脳失調患者18名、健常者8名。歩行中の足圧と三次元計測を同期的に行うことで、側方の重心位置と足圧位置の関係性からCOGの速度にCOPの挙動がどのように影響しているか評価することを試みた。検討の結果、小脳失調群ではCOP-COG距離は健常に比較して有意な上昇を認めた。また、有意水準には至らなかったが、COPの振幅は小脳失調群で拡大の傾向を認めた。パーキンソン病群では単脚支持時間の有意な短縮を認めた。COP速度、COG速度はパーキンソン病群では低下傾向を認めた。全体の傾向としては、失調患者では時間因子は変わらないものの、COPが健常人よりも比較して大きく動くことでCOGの制御を行っており、失調患者において一般的にみられるwide-basedの歩行パターンを反映しているものと考えられた。一方、パーキンソン病患者では、COPの動く範囲はやや大きい傾向があるものの、小刻み歩行パターンを反映して単脚支持時間は短く、COGの速度は低く保たれている傾向がみられた。さらにCOG速度を従属変数、上記5変数を独立変数とした重回帰分析を実施した。ステップワイズ法(増減法)による変数選択を実施したところ、COP-COG距離、単脚支持時間、COP-COG方向一致率が選択された。このモデルの決定係数は0.76と比較的良好な当てはまりが得られた。歩行中において、重心速度はCOPとCOGの関係性に強く影響されることが明らかとなとなった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、三次元動作計測およびフォースプレートを用いた計測により、バランス機能とバランス障害のより詳細なモデル化および歩行におけるバランス指標の作成に取り組んだ。まず、COP-COG関係のシミュレーションモデルの作成をを実施した。動作解析装置による体幹マーカーの動揺の測定および足圧計による足圧の測定を同時に施行することで得られた計測値から、COPとCOGの側方位置の差分とCOGの加速度の間に高い相関が観察された。この関係が常に成り立つと仮定し、健常人およびパーキンソン患者のデータにおいてCOGとCOPの初期位置とCOPの速度からCOGの位置を計算し、最終的なCOGの位置に収束する定数が存在するかどうか検討を行ったところ、健常者において実際のCOGの動きとよく相の一致する定数の設定が可能であり、相関係数は0.98±0.01,差の平均も0.11±0.02cmと加算誤差は低値であった。ただし、パーキンソン病患者では係数の設定が困難であった。そこで、次に単脚支持期と両脚支持期ではCOPとCOGの関係が変化すると仮定し、検討を行った。そうすると、全例において一つの係数を仮定するよりも当てはまりの良い係数の最適解が求められた。実測値と推測値の相関係数は0.99±0.01,差の平均は0.09±0.03cm,差の絶対値の平均は0.23±0.03cm,振幅は実測値の103.8±6.5%であった。さらに、脳卒中患者の歩行時におけるCOG-COP関係の検討を実施した。この検討では歩行中の足圧と三次元計測を同期的に行うことで、重心位置と足圧位置の関係性からバランス制御の能力を評価することを試みた。

踵接地から単脚支持期にかけての足圧中心と重心の位置の差分の平均が、ステップ動作時と同様に歩行時の重心速度と高い相関を示した(r= 0.770.83)。今年度中の開始を予定していた内容のうち、外乱に対する反応の測定が十分に検討できなかった。外乱に対する反応の測定に当初予定していたトレッドミルを用いた手法では、左右方向の外乱の分析に限界があり、外乱測定装置を作成したが、作製に当初の予定より時間を要した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。今後はさらに外乱に対する反応の指標化することに取り組むとともに、特に歩行中のバランス制御の構造について多変量解析の手法を用いた包括的なモデル化を進める。特に外乱に対する反応については、外乱発生装置を作成することで、定量的な外乱の負荷とそれに対する反応を測定できるよう計画している。データから導き出された要素間の関係式に基づいて、バランス機能の構造を明らかにすることに取り組む。
脳代謝型グルタミン酸2/3受容体の創薬的意義に関する神経薬理学的研究

既存の抗うつ薬によるうつ病の完解率は3050%であり,新たな作用点をもつ治療薬の開発が望まれている.本研究では,既存の抗うつ薬に抵抗性を示す慢性的グルココルチコイド処置マウスのうつ様状態に対して,代謝型グルタミン酸2/3受容体拮抗薬が有効であることを見いだした.また本マウスの大脳皮質前頭前野においてドパミン神経機能の亢進が認められ,既存の抗うつ薬はこのドパミン神経活性化に影響を与えなかったが,代謝型グルタミン酸2/3受容体拮抗薬により改善がみられた.本研究の成績は,代謝型グルタミン酸2/3受容体が,治療抵抗性うつ病に対する有力な創薬標的分子であることを示唆する.本研究では、代謝型グルタミン酸2/3受容体(mGluR2/3)拮抗薬の抗うつ作用メカニズムやその有用性、mGluR2/3のうつ病における役割を追究することを目的に検討を行った。視床下部ー下垂体ー副腎皮質系の機能異常は難治性うつ病態に関与していることが示唆されている。当該年度では、グルココルチコイド長期負荷マウスのうつ様行動が三環系抗うつ薬デシプラミンによっては改善されないこと、さらに選択的セロトニン再取り込阻害薬(SSRI)であるフルオキセチンやセルトラリンも本マウスのうつ様行動に対して改善作用を示さないことを見出し、グルココルチコイド長期負荷マウスが既存の抗うつ薬に抵抗性のうつ様行動を示すことを明らかにした。一方で、mGluR2/3拮抗薬が本マウスのうつ様行動を抑制することを見出し、グルタミン酸神経系を標的とした治療戦略が有効である可能性を示唆した。さらにmGluR2/3拮抗薬は、グルココルチコイド長期負荷マウスにおいて認められる脱分極刺激による大脳皮質ドパミン遊離上昇の増強を、抗うつ様作用を示す用量において有意に抑制した。一方、本マウスに対して抗うつ様作用を示さなかったデシプラミンやフルオキセチンでは、このような大脳皮質ドパミン遊離上昇の抑制作用は認められなかった。以上の結果から、グルココルチコイド長期負荷マウスのうつ様行動発現に大脳皮質ドパミン神経機能の亢進が関与すること、またmGluR2/3拮抗薬は、大脳皮質ドパミン神経活性化を抑制することにより、本モデルマウスのうつ様行動を改善する可能性が示唆された。既存の抗うつ薬によるうつ病の完解率は3050%であり,新たな作用点をもつ治療薬の開発が望まれている.本研究では,既存の抗うつ薬に抵抗性を示す慢性的グルココルチコイド処置マウスのうつ様状態に対して,代謝型グルタミン酸2/3受容体拮抗薬が有効であることを見いだした.また本マウスの大脳皮質前頭前野においてドパミン神経機能の亢進が認められ,既存の抗うつ薬はこのドパミン神経活性化に影響を与えなかったが,代謝型グルタミン酸2/3受容体拮抗薬により改善がみられた.本研究の成績は,代謝型グルタミン酸2/3受容体が,治療抵抗性うつ病に対する有力な創薬標的分子であることを示唆する.本研究では、代謝型グルタミン酸2/3受容体(mGluR2/3)拮抗薬の抗うつ作用メカニズムやその有用性、mGluR2/3のうつ病における役割を追究することを目的に、環境要因に特化したうつ病モデル動物(長期隔離飼育マウスおよびグルココルチコイド長期負荷マウス)を用いて検討を行った。研究実施計画に基づき、1)うつ病モデルのグルタミン酸神経伝達とmGluR2/3拮抗薬の作用、ならびに2)グリア細胞機能分子と神経栄養因子の発現変動について解析した。1)In vitroオートラジオグラフィー実験の結果、グルココルチコイド長期負荷マウス脳のmGluR2/3結合能に変化は認められず、これまでに見出してきた長期隔離飼育マウスでの結果(大脳皮質および海馬におけるmGluR2/3結合能の増加)(Kawasaki et al., Neuropharmacology, 2011)と異なるものであった。また、両うつ病モデルマウスの大脳皮質グルタミン酸遊離に変化は認められなかった。さらに、グルココルチコイド長期負荷マウスに対するmGluR2/3拮抗薬の抗うつ様作用が、AMPA型グルタミン酸受容体拮抗薬により抑制されなかったことから、mGluR2/3拮抗薬の抗うつ様作用機序として、グルタミン酸神経機能調節以外のメカニズムの関与が示唆された。2)うつ病モデルマウスの大脳皮質および海馬での脳由来神経栄養因子、インスリン様成長因子I、グルタミン酸トランスポーターGLT-1の発現量に、正常マウスと比較して変化は見られなかったものの、海馬の血管内皮増殖因子(VEGF)の発現が両モデルマウスにおいて低下していた。既存の抗うつ薬が海馬VEGF発現を増加させるとの報告がなされていることから、本成績は、環境要因誘発モデルのうつ様行動の発現に、VEGFを介するシグナルの変化が関与する可能性を示すものと考えられる。本年度研究計画として挙げていた1)うつ病モデルのグルタミン酸、モノアミン神経伝達に対するmGluR2/3拮抗薬、モノアミン系抗うつ薬の作用については、神戸理化学研究所分子イメージング科学研究センターとの共同による放射性リガンドを用いたin vitroオートラジオグラフィー実験、ならびにin vivo脳微小透析法によるグルタミン酸の解析を当初予定通り遂行することが出来た。