hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
極短時間真空紫外分光と量子化学解析の融合による輻射連成複雑系流れ場のモデル化

輻射連成複雑系流れ場のモデル化を目指し高速衝撃波管を対象として火星模擬ガス中の強い衝撃波背後における真空紫外から近赤外までの放射強度について実験的,解析的研究を行った.紫外から近赤外領域においては極短時間イメージング分光法,多点同時計測,および高S/N極短時間分光を駆使したスペクトル空間分布計測と衝撃波位置へのマッピングを行い,衝撃波背後の輻射強度スペクトル空間分布同時計測を実現した.輻射連成複雑系流れ場のモデル化を目指し高速衝撃波管を対象として火星模擬ガス中の強い衝撃波背後における真空紫外から近赤外までの放射強度について実験的,解析的研究を行った.紫外から近赤外領域においては極短時間イメージング分光法,多点同時計測,および高S/N極短時間分光を駆使したスペクトル空間分布計測と衝撃波位置へのマッピングを行い,衝撃波背後の輻射強度スペクトル空間分布同時計測を実現した.今年度研究実施計画に沿って,H22年度はまず高速衝撃波管を火星大気(CO2)に適用できるように装置の改修を行った.ここでは,高精度吸収分光や真空紫外分光を実施するため観測部の振動除去,衝撃波速度再現性を高めるため,衝撃吸収部をリブレースし,またデータ生産性を向上させるために,空気源駆動装置を導入した.また分光計測で絶対強度補正を行うため校正用光源を,また吸収分光を実施するため波長プログラマブル光源を導入し,目的とする実験を行う全ての準備を完了した.次に改修された装置を用い,真空紫外近赤外までの広い波長領域に於いて分光実験を行い,これを輻射解析コードSPRADIAN2によるcomputer aided molecularspectroscopy(CAMS)法によりフィッティングして,生成元素であるC2の振動・回転温度を決定した.現在,流体-輻射解析連成モデルによる再現性の検証を行っており,この検証により既存モデルの精度検証が行われ,モデルを改良する方向性を決定することが可能となる.また量子解析/分子動力学解析によるCO-O衝突解析においては,CO-Oの分子間ポテンシャルに関する量子解析を開始した.現在,計算結果を解析的に記述するPESについて検討を進めている.以上,H22年度はほぼ研究計画に沿って進捗しており,H23年度には原子共鳴吸収分光,真空紫外吸収分光など,より先駆的な計測を試みるとともに,火星大気系熱化学モデルの検証と改善に取りかかれる予定である.今年度研究実施計画に沿って,H23年度は,まず極短時間真空紫外分光による真空紫外スペクトルの計測において,独自の絶対強度校正システムを開発することにより,真空紫外領域から近赤外領域まで,広範囲にわたって放射スペクトルの絶対強度を決定することが可能な実験システムを構築した.これを用いて,様々な波長領域,化学種からの発光の絶対強度スペクトルを取得し,輻射解析コードSPRADIAN2を融合したcomputer aided molecularspectroscopy(CAMS)法により,分子の回転,振動温度および電子励起状態を決定した.絶対強度を計測することにより,原理的にはCO,C2,CNなどの活性種の数密度に関わる情報がえられることとなり,H22年度よりも定量性の高いデータが得られるようになったことになる.今後は,得られた熱化学データを用いて,熱化学モデルと輻射モデルの検証と改善を行う予定である.並行して進めた数値解析技術の改善作業においては,流体解析コードJONATHANを火星飛行環境用に改善を行いと同時に,輻射解析コードSPRADIAN2にCOの赤外放射など新しいモデルを導入することで,より現実的なスペクトルの予測が可能となった.現在,流体解析コードと輻射解析コードにより実験結果を再現する試みがなされており,ほぼ計画通りの成果が得られている.課題として,H22年度より取り組んできた原子共鳴吸収分光法について,極短時間現象ではS/N比の低下などにより,必要な精度のデータを獲得することが未だできていない.これにより,原子密度の直接計測が困難となっており,今後計測装置の改修や,真空紫外吸収分光法に一本化した密度計測に計画を修正するなど,適切なタイミングで判断を行いたい.量子解析によるCO-O系の相互作用ポテンシャル面の作成については,精度向上の点で課題があるものの,ほぼ計画通りの成果が上げられており,最終年度の目標である,実験と解析を融合して総合的に熱化学現象をモデル化・検証するための準備はほぼ完了している.広範囲なスペクトルの解析を目的として,量子化学解析によりCO2およびCOの基底電子励起状態の振動・回転準位を算出し,これらの準位間の遷移による放射・吸収過程のモデル化を行った.更新された輻射解析コードを用いて,火星大気突入カプセルに到達する輻射加熱を評価した結果,カプセル全面では全加熱率の約20%程度の寄与が予想され,背面の圧力の低い領域では90%が輻射による加熱であることが予想され,輻射加熱の重要性が再認識された.輻射解析コードの検証のため,高速衝撃波管(HVST)を用いて火星模擬ガス中の強い衝撃波背後における真空紫外から近赤外までの放射強度の計測を行った.

紫外から近赤外領域においてはダブルレーザーシュリーレン法による衝撃波速度,極短時間イメージング分光法,多点同時計測,および高S/N極短時間分光を駆使したスペクトル空間分布計測と衝撃波位置へのマッピングを行い,衝撃波背後の輻射強度スペクトル空間分布同時計測を実現した.7.0km/s, 1Torrの平衡領域において取得された絶対強度スペクトルと輻射解析コード連成流れ場解析の結果と比較すると両者はよい一致を示した.また高分散の真空紫外分光器を用いて真空紫外領域のCOおよびCからの発光強度スペクトルを取得した.サイクロトロンによって事前に絶対強度較正した重水素ランプを較正用光源として真空紫外分光システムの較正を行った.170nm以下においては自己吸収の影響が大きいためPlanckカーブとよく一致した.数値計算から求めたスペクトルにおいてはC原子からの発光のため実験結果よりも過大評価した.CO 4thpositiveバンドの140165nmのプロファイルをプランクカーブでフィッティングすることによって各速度における気流の平衡温度を推定すると計算結果より15%程度低くなるという結果が得られた.分子共鳴吸収分光で,当初目的としていた精度で結果を得ることができないなどの課題はあるものの,代替手段として真空紫外吸収分光によって原子の数密度を直接計測できるなど,当初計画していたデータは取得できる見込みが立っており,最終年度の目標である総合的な熱化学現象のモデル化・検証するための準備はほぼ完了しているといえる.24年度が最終年度であるため、記入しない。分子共鳴吸収分光で当初期待していた成果を達成できる見込みが乏しいが,代替手段として真空紫外吸収分光を用いることで原子の数密度を直接計測し,温度と密度の必要なデータセットを獲得することへ計画を修正する.一方,ここ数年で研究成果の需要が,超高速大気突入の飛行環境予測よりも,低速大気突入の環境をより高い精度で予測することへシフトしつつあるため,宇宙機の背面輻射加熱の予測精度の向上など,従来は目標としていない分野についても研究を拡大する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
キャプチャリングカセット法によるファージディスプレイライブラリーの速度論的選抜

ランダムアミノ酸配列のライブリーを合成した。その性質を明らかにするために、1つのランダムアミノ酸配列を解析した結果、ランダムタンパク質(140アミノ酸)はモルテングロビュール程度のコンパクトさで微弱なエステラーゼ活性を持つことが分かった。理論的にはその活性のみのスクリーニングで大域的な高次構造が現れ、タンパク質の折り畳み問題が解消されることが分かった。このようなランダム配列を提示したファージライブラリーを構築し、DNA結合能のあるファージクローンの選抜を行った。ファージディスプレイシステムを利用したポジティブセレクションにおいて、イオン強度が重要なパラメーターであることを明らかにした。Staphylococcal nuclease(SNase)-DNAを酵素-基質のモデルとしてファージディスプレイによる酵素活性の速度論的選択系を開発した。SNaseを提示したファージを作製し、そのアミノ基をN-succinimidyl-6-maleimiddohexanoateで修飾した。末端の一方をチオール基で、他方をビオチンで修飾したDNAをPCRで調製し、それぞれの末端を、修飾したファージ及びstreptavidinビーズと反応させることによってファージを固相に固定した。SNaseをCa2+で活性化することによって、固相に固定されたSNaseファージが溶離することが確認できた。代表的中性多糖の一つであるキチンを特異的に認識するDNAアプタマーをインビトロセレクションの手法により取得することに成功した。59残基のランダム配列を有するオリゴDNAライブラリーを探索源として、8ラウンドアフィニティーセレクションを経て得られたDNAをクローニングし、各クローンの塩基配列を比較したところ、各クローンとも、4 9個のグアニンクラスターを有し、その周辺に回文配列が認められた。二次構造予測を行ったところ、いずれもグアニンクラスターをループに持つステムループあるいはバルジループの構造を示した。(1)エステラーゼ活性を有する触媒抗体の取得を目的として、カルボキシアルキルフォスフォナ-ト系遷移状態アナログをハプテン抗原として、BALB/cマウスを免疫した。エステラーゼ活性を有する触媒抗体のクローン化を試みている。(2)エステラーゼ活性を持つ蛋白質または抗体をファージディスプレイライブラリーからスクリーニングする系を確立する際に、ポジティブコントロールとしてエステラーゼをディスプレイしているファージが必要である。そこで、エステラーゼの一種である大腸菌のalkaline phosphataseをディスプレイするphagemid vectorを構築した。即ち、pUC119に、シグナル配列を含むphoA遺伝子、検出用のc-myc配列、M13ファージのg3のC末端側ドメインをこの順に挿入し、現在、活性の確認を行っている。(3)ポリスチレンをマトリクスとして用い、エステル構造を基質部分として有するキャプチャリングカセットの設計及び合成を行った。スチレン・ビニル安息香酸共重合体の残存カルボキシル基をエステル化し基質部分とし、6炭素のメチレンスペーサー等を介し、先端に抗体固定用ジメチルアセタール基を有するカセットを合成した。基質部分のフレキシビリティーを考慮し、マトリクスと基質部分にポリエチレングリコール(PEG)スペーサーを導入したカセットも設計した。現在、単位マトリクス重量あたりの基質量の測定を行うとともに、上記(2)で作成したコントロールファージを用いて性能を確認する予定である。1)2)3)ランダムアミノ酸配列のライブラリーを合成した。その性質を明らかにするために、カタラーゼのc末端及びRNAseHのドメイン間に多種類のランダム配列を導入した。タンパク質改良には配列空間の次元増幅が有効であることが分かった。また、1つのランダムアミノ酸配列を解析した結果、ランダムタンパク質(140アミノ酸)はモルテングロビュール程度のコンパクトさで微弱なエステラーゼ活性を持つことが分かった。理論的にその活性のみのスクリーニングで大域的な高次構造が現れ、タンパク質の折り畳み問題が解消されることが分かった。スクリーニング用のマトリクスの検討を行った。

ポリスチレンプレートに加え、親水性マトリクスの検討を行った。親水性マトリクスを用いることにより非特異的吸着を減ずることに成功した。スクリーニング用ポジティブクローンのひとつとしてヌクレアーゼをディスプレイしたファージの構築を行った。Staphylococcal nuclease(SNase)-DNAを酵素-基質のモデルとしてファージディスプレイによる酵素活性の速度論的選択系を開発した。SNaseを提示したファージを作製し、そのアミノ基をN-succinimidyl-6-maleimiddohexanoateで修飾した。末端の一方をチオール基で、他方をビオチンで修飾したDNAをPCRで調製し、それぞれの末端を、修飾したファージ及びstreptavidinビーズと反応させることによってファージを固相に固定した。SNaseをCa2+で活性化することによって、固相に固定されたSNaseファージが溶離することが認できた。キチンマトリクスと基質DNAとの結合のためのタグ配列として利用するために、キチンをターゲットとして59残基ランダムオリゴDNAプールからSELEXスクリーニングによりキチンを特異的に認識するDNA配列を選抜した。140アミノ酸のランダム配列を表示したファージライブラリーを構築し、DNA結合能のあるファージクローンの選抜を行った。
砂ネズミ海馬におけるユビキチンの免疫染色性の虚血による変化

砂ネズミ一過性前脳虚血モデルを用いてユビキチンの免疫染色性の変化を観察し、ユビキチンと神経細胞死の関係を検討した。砂ネズミの両側総頚動脈を5分間閉塞して前脳虚血を負荷した。虚血の3、6、12、24、48時間後に動物を灌流固定し、Vibratomeにて海馬を含む50mumの切片を作成した。4種類の抗ユビキチン抗体を用いABC法により免疫染色をおこなった。使用した抗体は1)ウサギポリクローナル抗体(Sigma U-5379)2)ラットモノクローナル抗体(DF2)、3)マウスモノクローナル抗体(Chemicon)4)マウスモノクローナル抗体(Iqbal 5-25)であった。Sigma U-5379では虚血後3-6時間で海馬CA1領域の染色体が低下し回復は見られなかった。一方、DF2、Chemiconでは虚血後の海馬CA1領域の染色体の低下は軽度であり、48時間後には正常の対照と同レベルまで回復した。Iqbal 5-25ではSigmaと同様に海馬CA1での虚血後の低下が観察された。以上の抗体による染色体の著しい違いは、抗体のユビキチンの認識様式の差異によるものと考えられた。Iqbal 5-25が主としてconjugated formのユビキチンを認識することから、虚血の後に細胞死に先立って、ユビキチンのconjugationの障害があるものと想定された。
海産魚の電気刺激による鎮静化についての研究

魚は水揚げ時に暴れることによって筋肉のATP含量が減少し、乳酸量が上昇し、pHが下がることで、品質が低下する。そこで本研究ではマアジ、マダイ、ブリの取り上げ時に電気刺激を与えることで鎮静化を図り、最適な電気刺激条件を検討した。その結果、何れの魚種においても、一定の電気刺激条件で鎮静化することができ、保蔵中の筋肉ATP含量も電気刺激を行わなかった場合よりも高かった。しかしながら、脊椎骨折が全く発生しない電気刺激条件を見出すことはできなかった。1)マアジにおける印加電圧・時間と麻酔率・ヘイ死率の関係の解明大学内の施設で飼育したマアジ(体重:155.8 ±20.7 g、体長:21.6 ±0.9 cm、平均±標準偏差)に、様々な電圧で10秒間の10 mS間隔のパルスによる電気刺激を施した結果、電圧200 V以下では、通電中は麻酔効果があるものの、通電終了後即座に遊泳を開始した。200350 Vでは、印加電圧が高くなればなるほど、通電終了後の遊泳開始までの時間は長くなり、350 Vでは12秒間であった。へい死率は350 Vまでいずれの電圧においても0%であったが、背骨の骨折率は印加電圧が高くなるに従って増加し、300 V以上で100%であった。一方200 V以下では骨折率は0%であった。2)電気で麻酔・ヘイ死したマアジ筋肉の生化学的変化の解明通電によるマアジ筋肉の生化学的変化を解明するために、350 Vで10秒間の通電で電気麻酔したマアジを延髄刺殺した試験区と、電気麻酔せずに延髄刺殺した試験区、海水氷中での冷却死区、ならびに非処理(自然死)区を設け、下氷保蔵後の生化学的変化を比較した結果、筋肉のATP含量、クレアチンリン酸含量、pHは、電気麻酔区、延髄刺殺区、冷却死区、非処理区の順に高く推移した。一方、硬直指数は、この順で低く推移した。これらの結果から、電気刺激による鎮静化したマアジの保蔵中の肉質は他の方法で処理したものよりも良いことが示唆された。1)マダイにおける印加電圧・時間と麻酔率・ヘイ死率の関係の解明大学内の施設で様々な大きさまで飼育したマダイ(体重11545 g、体長827.5 cm)を、水槽(縦×横×深さ: 41 cm×61 cm×31 cm)に40 Lの海水を入れ、電極(縦×横×厚さ12 cm×10 cm×0.3 cm)を用いて、様々な電圧(0350 V)で10秒間の10 mS間隔のパルスによる電気麻酔を施した結果、マダイはアアジと異なり通電開始直後に暴れるという現象が観られた。電気麻酔後正常な遊泳開始までの時間は160300 Vまでは613秒間で、350 Vで80秒間であった。なお斃死した個体はなかった。電圧が上昇するにつれて、また魚体が小さくなるにつれて脊椎骨折の確率が高くなる傾向があった。脊椎骨折箇所は第10椎骨に多く見られた。また、保蔵後経時的に筋肉中のATP含量、PH、硬直指数を測定した結果、電気麻酔したマダイの背側普通筋のATP減少、pHの低下ならびに硬直の進行は、無処理魚や即殺魚よりも早く減少した。これはマダイが通電直後に暴れたことに起因すると考えられた。2)ブリにおける印加電圧と麻酔率の関係の解明マサバの代わりに同じ赤身魚であるブリ(体重5.5 ±0.6 kg、体長65.3 ±4.3 cm;平均±標準偏差)を用いて電気麻酔実験を実施した。パルス(6 ms)を使用した。ワイヤーを張ったタモ(外枠61.5 cm、内枠59 cm、垂れ下がり長72 cm)、電極板(縦×横×厚さ: 36 cm×37 cm×2 cm)を使用し、出力電圧0795 Vの条件で実験を行った。その結果、ブリについても海水中で100 V以上で鎮静化できることが判明した。このときの脊椎の骨折率は100%であった。1)マダイに対する電気刺激小型29尾(体重238.2±27.3 g)と中型マダイ14尾(体重1133.5±139.4 g)をタモに入れ、50300 V、10500 Hzのパルスで10秒間電気刺激を与えた。鎮静化したマダイは、通電中は口が開き、鰓蓋が開き、胸鰭が立ち、体色が白くなり、数分後に呼吸が開始し、胸鰭が閉じ、体色が戻った。また、海水中に戻しても腹を上にしたままであった。10 Hzの時、100 V以下では鎮静化が見られず、20 Hz以上の時、100 V以上で鎮静化した。また、すべての条件で脊椎骨の骨折は観られなかった。200 V-30 Hzで電気刺激を与え即殺直後に測定したマダイの筋肉ATP量(5.1μmol/g)は、電気刺激を与えていない時のATP量(6.8μmol/g)より有意に低かった(p<0.01)。

2)ブリに対する電気刺激養殖ブリ活魚65尾(平均体重4.51 kg)をタモに入れ、100500 V、10100 Hzのパルスで10秒間電気刺激を与えた結果、鎮静化したブリは、通電中は口が開き、鰓蓋が開き、体色が白くなり、数分後に体色が戻り、刺激を与えても動かなかった。10 Hzでは鎮静化が観られず、30 Hz以上では鎮静化した。骨折率は、30 Hzの時、100 V、200 V、300 Vで各々0%、0%、50%であった。40 Hzの時、200 Vで100%、60 Hzの時、100 Vで33%であった。100 Hzの時、100500 Vで各々67%100%であった。蓄養ブリ活魚92尾(無作為抽出15尾の平均体重2.83 kg)について200 V-30 Hzで電気刺激を実施した結果、全ての個体を鎮静化することができたが、23尾(25%)で脊椎骨の骨折が観られた。電気刺激を与えて即殺後4時間氷中保存したブリの筋肉ATP量(2.8 μmol/g)は、電気刺激を与えていないブリのATP量(0.8 μmol/g)より、有意に高かった(p<0.05)。魚は水揚げ時に暴れることによって筋肉のATP含量が減少し、乳酸量が上昇し、pHが下がることで、品質が低下する。そこで本研究ではマアジ、マダイ、ブリの取り上げ時に電気刺激を与えることで鎮静化を図り、最適な電気刺激条件を検討した。その結果、何れの魚種においても、一定の電気刺激条件で鎮静化することができ、保蔵中の筋肉ATP含量も電気刺激を行わなかった場合よりも高かった。しかしながら、脊椎骨折が全く発生しない電気刺激条件を見出すことはできなかった。1)マダイにおける印加電圧・時間と麻酔率・ヘイ死率の関係の解明様々な大きさのマダイに電気麻酔(350 V)を行うことによるへい死はなかった。しかしながら、マダイは、昨年度実施したマアジとは異なり通電開始直後に暴れるという知見が得られた。マダイにおける電圧と麻酔率(麻酔時間)が解明されたことから、概ね順調に進捗している。2)ブリにおける印加時間と麻酔率・ヘイ死率の関係の解明平成26年は平成25年度と同様に、不漁等の理由により色々なサイズのマアジを充分数確保することができなかったため、マアジと同じ赤身魚であるブリについて電気麻酔を試み、56 kgのブリであっても鎮静化できることが判明した。実験対象魚種を変更することで、概ね順調に進捗している。水産食品品質学通電条件は魚の大きさによって異なることが予測されるため、様々な体長の魚について調べる必要がある。平成26年は白身魚のマダイについて実施した。平成27年は赤身魚のマアジについて、印加電圧・時間と麻酔率・へい死率の関係を解明する計画であったが、様々な体長の活マアジの入手が困難であり、飼育も難しいことが判明したため、平成27年は、マアジと同じ赤身魚であり比較的魚体の大きいブリならびにサバを用いて、印加電圧・時間と麻酔率・へい死率の関係を解明する。1)マアジにおける印加電圧・時間と麻酔率・ヘイ死率の関係の解明印加電圧と麻酔率、へい死率との関係が解明されたことから、概ね当初の計画通り進捗していると判断される。しかしながら、印加時間については、追加実験が必要と考えられる。2)電気で麻酔・ヘイ死したマアジ筋肉の生化学的変化の解明電気で麻酔したマアジ筋肉のATP含量、クレアチンリン酸含量、pHは、延髄刺殺区、冷却死区、非処理区よりも高く、硬直遅延効果があることが解明されたことから、概ね当初の計画通り進捗していると判断される。平成26年度は不漁等の理由により一定サイズのマアジを充分数確保することが出来なかったことにより、原魚代の執行がなかったため。1)様々な体長のマダイにおける印加電圧・時間と麻酔率・へい死率の関係の解明通電条件は魚の大きさによって異なることが予測されるため、様々な体長の魚について調べる必要がある。当初の計画では、平成26年はマアジについて、平成27年はマダイについて、印加電圧・時間と麻酔率・へい死率の関係を解明する予定であったが、様々な体長のマアジの入手・飼育に時間を要することが判明したため、先にマダイについて行うことに変更する。
記憶学習におけるＤＡＦ－１６／ＦＯＸＯの機能解析

飢餓は多くの動物において、強力な危険シグナルとなり、行動変化を誘導する。線虫C.elegansは、塩濃度と飢餓を結びつけて記憶し、飢餓時の塩濃度を忌避する学習行動を示す。この学習には、インスリン様シグナル伝達が関わることが知られ(Tomioka et al., 2006, Neuron)、インスリン受容体の2つのアイソフォームのうち、1つが軸索に移動して学習に必須の作用を持つことが知られていた(Ohno et al., 2014, Science)。本研究では、一般にインスリン経路の下流で働くFOXO型転写因子(DAF-16)に着目し、解析を行った。DAF-16が機能する神経細胞において、時期特異的な分解誘導系(オーキシンデグロン系)を導入し、DAF-16が学習時に機能する可能性を見出した。また、DAF-16は飢餓時に核に強く局在することが知られていたため、DAF-16が機能する神経細胞において、GFP融合型DAF-16の細胞内局在を観察した。その結果、飢餓時にDAF-16が核に移行することを示し、その作用には軸索で働くものとは異なるインスリン受容体のアイソフォームが細胞自律的に関与することを明らかにした。さらに、DAF-16の下流では、DAG/PKC経路と神経ペプチドの経路が働くことを示す結果を得た。回路レベルの解析も行い、DAF-16のシグナルを伝達する下流の介在神経の候補を見出した。本研究により、飢餓シグナルが行動変化を駆動する機構の一端を解明できた。また、DAF-16の作用機序を軸としたインスリン経路の下流のメカニズムに加え、単一神経細胞の細胞体と軸索でインスリン経路が働き、両者は遺伝学的に独立した機能を有す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。多くの動物の生存には、周囲の環境に応じた的確な行動が重要である。線虫C.elegansは、塩濃度と飢餓を結びつけて記憶し、飢餓時の塩濃度を忌避する行動を示す。この学習機構には、インスリン様シグナル伝達および一般にその下流で働くFOXO型転写因子(DAF-16)が必要であることが知られていた。とりわけ、DAF-16依存の学習制御におけるメカニズムは不明であった。本研究では、DAF-16依存の記憶学習のメカニズムを明らかにし、記憶学習におけるインスリン様シグナル伝達の作用機序の解明を目指す。はじめに、DAF-16を欠損した変異体について学習能を調べ、DAF-16が記憶学習に関わることを確認した。DAF-16には多数のアイソフォームが存在する。それぞれのアイソフォームを欠損した変異体を用いた解析や機能回復実験などにより、複数のアイソフォームが学習を制御しうることが示唆された。最も学習への寄与が大きいことが示唆されたアイソフォームについては機能細胞を探索し、特定の感覚神経で機能することを突き止めた。記憶学習において、DAF-16が機能する時期についても検討した。阻害剤などを用いた実験により、少なくとも条件付け以降に働くDAF-16が学習に関わることが示唆されている。遺伝学的解析により、DAF-16依存の経路はインスリン様経路と少なくとも部分的に独立に機能することがわかった。さらに、DAF-16依存の経路で働く機構を調べるため、DAF-16の下流因子の探索を行った。その結果、複数の下流因子の候補が得られ、現在DAF-16との関係を解析している。遺伝学的解析により、塩濃度/飢餓の連合学習に関わるDAF-16の機能アイソフォームと、DAF-16が機能しうる組織、細胞を特定することができた。さらに、既知の経路とDAF-16の関係を調べ、DAF-16の下流で働く経路を絞り込むことができている。DAF-16とその上流で働く経路との関係については現時点では明確に示せてはいないが、研究は概ね計画どおりに進捗している。

本研究により、飢餓シグナルが行動変化を駆動する機構の一端を解明できた。また、DAF-16の作用機序を軸としたインスリン経路の下流のメカニズムに加え、単一神経細胞の細胞体と軸索でインスリン経路が働き、両者は遺伝学的に独立した機能を有することを明らかにした。まず、DAF-16の下流因子の候補について解析を行い、DAF-16が学習を制御する分子レベルでのメカニズムの解明を目指す。また、DAF-16の上流で働く機構についても検討する。これまでに、DAF-16の上流ではインスリン様経路が働くことがよく知られていることから、インスリン様経路とDAF-16の関係を遺伝学的手法などを用いて解析する予定である。また、DAF-16が記憶学習に関与する時期を、現行の手法を改良することで絞り込む。DAF-16が細胞レベルに与える効果についても検証する。カルシウムイメージングにより、DAF-16が機能する感覚神経の応答が、DAF-16依存で変化するかを調べる。また、神経回路レベルの解析も行い、DAF-16依存のシグナルが学習を制御する際の神経回路を解析する予定である。これらの検証により、記憶学習におけるDAF-16の役割を、分子・細胞・回路・個体レベルで明らかにすることを目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
脳外科手術支援用３次元非剛体画像位置合わせ法の開発

画像処理分野においては、同一被験者または同一環境下での異なる時系列に得られた画像同士の位置合わせに関する研究が盛んに行われている。特に、医用画像を対象とした経時的変化の強調や読影作業の支援を目的とした画像位置合わせの研究は、その重要性を増している。これらの画像位置合わせを行うことで、両画像間の相違を明確に捉えることができ、定量的な指標を与えることが可能となる。本研究では、頭部CTとMR画像という同一被験者の異なる装置から得られる画像間の位置合わせ法を開発する。また、脳外科手術支援を行うためのシミュレーションソフトウェアを構築し、現在手動で行われている臨床分野での位置合わせの効率化を図った。平成24年度には、平成23年度に構築した異なる画像間の位置合わせ法の高速化を図るため、3次元空間上のすべての画像を用いるのではなく、局所領域内の関心領域を選定し、その領域内の最適な位置合わせ法の構築を行った。なお、本申請研究では画像探索に遺伝的アルゴリズムを用いた。具体的な処理手順を以下に示す。まず、画像前処理として、ボクセルサイズを統一するため、等方ボクセル化処理を行う。なお、CT画像には金属歯などのアーチファクトと診察台が写っており、頭部の位置合わせには不要であるため、実験的に求めた閾値処理によってこれらの領域を除去する。次に両画像の重心を用いた大まかな位置合わせを行う。さらに、輪郭情報を用いた画像位置合わせを行う。具体的には、まずCT画像に対し、画素値を変換することにより皮膚領域を強調する。次に、2値化と境界線追跡法によるCT画像とMR画像の皮膚領域の輪郭を抽出し、穴埋め処理を行うことにより、頭部の輪郭領域を抽出する。この画像に対し、DSC(Dice Similarity Coefficient)を評価関数とした最適法を構築した。DSCによる最適化では、両画像の重ね合わせの評価値が最大となるような最適化問題を、単純GAを用いて解く手法を考案した。最後に,相互情報量を用いた最終的な位置合わせを行うが、これは、重心と輪郭情報のみでは処理時間の短縮は期待できるが、情報の少なさから、精度に問題が発生することが予想されるため、高精度での位置合わせを行うための評価指標として取り入れる。本申請研究では平成23年度に構築した複数の関心領域(VOI)設定法を用いた位置合わせを行う。提案法を同一被験者の5症例のCT、MR画像セットに適用した結果、位置合わせの精度を示す相互情報量にはほとんど差がなく、計算時間を大幅に軽減できた。平成25年度には、平成23、24年度の成果を基に、最終的なシミュレーションソフトウェアの作成を行い、臨床実験を実施した。特に、平成25年度には画像位置合わせの精度向上を図るための新しい画像解析法として、頭部の特徴的な解剖学的情報をもつ領域を利用した位置合わせを行った.処理手順としてはまず,鼻先,両眼球,頭頂部,ならびに2か所の血管分岐点を求めた.次に,鼻先と血管分岐点の座標値を用い,初期位置合わせを行い,最終位置合わせとして鼻先を除く5点を中心座標とした5つのVOIを設置し,VOI内の相互情報量が最大となる変換パラメータを求め,画像全体を変換する処理を,各VOIを対象として順次5回行った.その結果,相互情報量による位置合わせの精度に比較では従来の3次元情報を用いた場合の結果に比べ,平均0.4611866(従来の相互情報量の平均は0.4069624)となり改善が図られた.また,処理時間の面でも提案法は114. 43[s](従来法では3174.08[s])となり,短縮が可能であった.提案法の臨床実験を行うためのコンピュータ画像診断シミュレータを作成した。具体的には、同一被験者の頭部CT・MR画像を入力データとして与え、平成2325年度に開発した位置あわせ法を実装し、最終的な画像位置合わせ結果をモニタ画像に表示し、その精度を確認するための4分割画像表示法、3次元空間のAxial, Coronal, Sagittal面の表示が可能なシステムを構築した。考案したシステムを医師に提示したところ、処理スピード・位置あわせ精度の両面から高評価を得ることができた。しかし、3次元表示法の工夫や、さらなる処理時間の短縮などの要望事項も提示され、これらは今後の課題である。また、さらなるシステムの有用性を確認するため、他の施設や機関の臨床実験も必要であり、より多くの症例を用いた画像位置合わせの精度評価の実験も行う必要がある。サイバーナイフを利用した脳外科手術法は、脳にメスを入れることなく、放射線により腫瘍を短時間で治療することが可能なため、患者への負担が少ないという利点から、今後も活用が見込まれる。しかし、病態の解析や術前のシミュレーションを行うためには、何らかの画像処理手法を用いた位置合わせ法が求められる。

これらの画像解析法を確立するため、平成23年度には、CTとMR画像の位置合わせ法を構築し、以下に示す項目を検討してその有効性について確認した。頭部CT画像とMR画像のフュージョン画像作成における、画像位置合わせを目的としたコンピュータ画像診断支援手法(Computer Aided Diagnosis;CAD)の開発を行い、実データによる精度の検証を行った.具体的な手法としては、まず閾値処理によるノイズ除去を行った後、重心を用いた初期位置合わせを行う。次に、CT画像とMR画像に対し、それぞれの顎領域を除去して2値化した2次元投影画像を作成し、それぞれの重心を通る直線を描写し、輪郭部と直線の交点を求め、両画像の交点上の距離を算出する。そして、位置合わせの際の最適化関数とて距離の差の2乗和を最小とする変量を単純GAにより求め、位置合わせを行う。最後に、頭部の3次元画像に対してVOI(Volume Of Interest)を設置し、その範囲内で相互情報量が最大となるようにアフィン変換を施し、最終的に画像全体をアフィン変換することにより、位置合わせを行う。特に23年度には、3次元空間内の関心領域を自動により複数設定し、各空間内の類似度が最大となるところを計算することによって最適な位置合わせを行うための手法を開発し、3次元処理の自動化を加えた精度向上を図り、有効なパラメータの選定を行った。本申請研究では、サイバーナイフによる手術の対象である、頭部CT画像とMR画像のフュージョン画像作成における、画像位置合わせを目的としたコンピュータ支援診断(Computer Aided Diagnosis;CAD)システムの開発を行った。提案した画像位置合わせの最適化法を実データによる精度の検証を行っている。3次元画像処理時に問題となる計算時間を軽減するためには、遺伝的アルゴリズムなどの最適化法を複数組み合わせる方法の考案が必要である。平成24年度の成果としては、同一被験者のCTとMR画像の異なる画像同士の画像位置合わせ法として、両画像上の輪郭情報を精度よく検出し、かつ計算時間の節約が可能なDSC手法を導入し、大幅な計算時間の削減を達成した(。また、最終的な位置合わせ精度を損なうことのないよう、局所領域内の3次元情報を加味し、両者の条件(精度と処理時間)を満足する画像位置合わせ法を考案している。特に、GAとDSCの組み合わせによる効果は大きく、3次元情報すべてを利用する従来法と比べ、ほぼ精度を損なうことなく1/10の演算時間を達成している。よって、本年度の進捗状況としてはおおむね順調であるといえる。ロボットによる脳外科手術法であるサイバーナイフでの治療をターゲットとして、頭部X線CTとMRIとのフュージョン画像作成における、コンピュータ画像診断支援手法(Computer Aided Diagnosis ; CAD)を構築し、実データによる精度の検討を行うのが本申請研究の目的である。申請研究の目的を達成するためには、1)現在医療スタッフが手動で行っている位置合わせ法が全自動で行えること、2)精度を損なうことなくマニュアル操作での処理が実現可能であるなどの条件をクリアする必要がある。平成23年度の研究実績では、提案法による成果を用いた頭部手術シミュレーションソフトウェアの開発も行った。
クラウド環境における時空間情報資源の動的統合利用に関する研究

クラウドコンピューティングでは,並列・分散環境において多数のコンピュータを連携してスケーラブルな情報処理が実現される.また,さまざまな情報の連携による高度なサービスが提供される.本研究では,このようなクラウド技術の発展を考慮に入れた大規模時空間データの管理・処理技術に着目した.時空間データの特性を踏まえたクラウド環境上でのデータベース問合せ処理技術や,クラウドシステムの利活用技術などを開発するのみならず,時空間・モバイルデータベースにおけるプライバシー保護などの応用技術についても開発を行った.クラウドコンピューティングでは,並列・分散環境において多数のコンピュータを連携してスケーラブルな情報処理が実現される.また,さまざまな情報の連携による高度なサービスが提供される.本研究では,このようなクラウド技術の発展を考慮に入れた大規模時空間データの管理・処理技術に着目した.時空間データの特性を踏まえたクラウド環境上でのデータベース問合せ処理技術や,クラウドシステムの利活用技術などを開発するのみならず,時空間・モバイルデータベースにおけるプライバシー保護などの応用技術についても開発を行った.本年度に関しては,主に以下の項目に関する研究を行った.1)P2P技術を用いたトレーサブルな情報交換に関する研究:インターネット上での信頼ある情報交換のために,トレーサビリティを保証するような情報流通アーキテクチャの提案と検証を行った.P2P(peer-to-peer)ネットワーク環境を前提としており,情報交換の履歴をそれぞれのピアで分散管理する点に特徴がある.トレース要求が来た時点で,P2Pネットワーク上の履歴を集約する問合せ処理のアプローチを採用している.今年度は効率化に焦点を当てた.2)クラウド環境における空間データベース問合せ処理手法の開発:特にクラウド環境で着目されているApache Hadoopをベースに,最近傍問合せなどの空間データベース処理を実現するための問合せ手法の開発を図った.アルゴリズムの提案と基礎的な実験を行い,中間的な成果を発表した.3)曖昧な位置情報に基づくデータベース問合せ技術の開発:空間情報の中で着目されているものとして,センサ入力などによる曖昧な位置情報がある.本研究では,曖昧な位置情報を前提とした問合せ処理技術に関する研究開発を実施した.4)モバイル情報サービスのための匿名化技術に関する研究:モバイル情報サービスにおける研究課題の一つとして,ユーザの位置情報を匿名化し,ユーザの位置が特定されないようにする匿名化技術がある.本研究では,モバイル広告サービスを前提として,位置情報だけでなくユーザの属性情報も用いるサービスを考慮し,そのための匿名化技術の開発を図っている.属性情報が,広告を提供する企業等について過度に提供されないような工夫を図っている.本年度に関しては,主に以下の項目に関する研究を行った.1)大規模空間データに対するHadoopを用いた問合せ処理技術の開発:Hadoopとは,並列分散クラウド環境においてデータ処理を行うためのフレームワークであり,MapReduceと呼ばれる仕組みに基づいている.本研究では,特に地図等の空間データを効率的に処理するためのアプローチを開発した.全k最近傍問合せ(all k-nearest neighbor query)の処理手法を開発し,実装し評価を行った.この間合せは,データベース中のそれぞれの点について,最も近いk個の点を対応づける処理である.これを並列環境で一気に実行するためのアプローチを示した.2)位置に基づく情報サービスのための匿名化技術に関する研究:この研究では,クラウドベースのサービス側に焦点を当てた.位置に基づく情報サービスでは,ユーザの位置が分かってしまうなどのプライバシの問題が存在する.ここでは特にユーザのプロファイル情報を活用するモバイル広告を対象としているが,ユーザの属性情報をもとにユーザが視覚的に特定されてしまうことがある.このような問題を防ぐための匿名化処理のフレームワークの開発を行った.3)位置に基づく周辺情報推薦のための方向に基づく周辺情報間合せ手法の開発:モバイルユーザに対して周辺情報を提供しようとしたとき,しばしばある特定の方向にのみ情報が集中しており,周囲に対してまんべんなく情報を得たいユーザの要求に応えられないという問題があった.ここで提案する方向に基づく周辺情報問合せ(direction-based surrounder query)は,近い情報から順に,ただし,方向がそれぞれ異なるように配慮して情報を取捨選択する新しい問合せ手法である.特にこの研究では,連続的にモバイルユーザが移動を続ける場合にリアルタイムに情報提示を切り替えていくための効率よい問合せ処理手法の開発を行った.クラウドコンピューティングは,ネットワークを介して連携する多数のコンピュータにより,スケーラブルで可用性の高い情報サービスの実現を目的とするコンピューティング形態であり,近年大いに着目されている.一方,時空間情報(時間的・空間的な特性を伴う情報)については,地理情報の電子化,モバイルコンピューティングの発展などに伴い,大量のデータが生み出されており,それらの高度な統合利用が求められている.このような背景を踏まえ,本研究ではクラウド環境において多数かつ大規模な時空間情報を統合利用するための基盤技術について開発を進めてきた.平成24年度で本課題は終了の予定ではあったが,時空間データを含む大規模データの分析に関する検討や,移動軌跡などの新たなタイプのデータへの対応,動的なイベント駆動型処理技術やデータストリーム処理技術などの研究課題が残っており,平成25年度にも繰り越す形で一部の研究を継続実施した.今年度に関しては,各項目でそれぞれ進捗状況が異なるが,おおむね順調に進展しているといえる-Hadoopを用いたクラウド環境での空間データ処理技術に関しては,環境の整備なども必要であったため,まずは基礎的な手法についての試行的実験が中心であったが,興味深い成果が得られている.今年度特筆すべき成果としては,方向に基づく周辺情報問合せにおいて著名ジャーナルに採録されたことである.これは予想以上の進展であった.25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究計画について大きな変更はないが,クラウドコンピューティングに関しては,非常に着目されている領域でもあり,さまざまな提案が多方面でなされている.それら研究成果や新たなソフトウェアなどを貪欲に取り込んでいくために,研究調査も引き続いて行っていく必要があると考えている.25年度が最終年度であるため、記入しない。
水棲哺乳動物の肝異物代謝酵素を利用した水圏複合汚染評価法の開発

北海道産ゴマフアザラシおよびクラカケアザラシにおける難分解性有機塩素化合物の残留濃度とそれらの肝P450発現量および甲状腺機能への関係について調査した。1.肝P450発現量:ゴマフアザラシでは、脂皮中のノンオルソ・モノオルソコプラナPCB各同族体残留濃度と肝臓中のエトキシレゾルフィン脱エチル化活性との間に有意な正の相関関係が得られた。さらに、これらコプラナPCB同族体濃度は、抗ラットP4501A抗体によりウエスタンブロット解析で得られたP4501A様タンパク発現量とも有意な正の相関関係を示した。一方、クラカケアザラシでは、同程度のコプラナPCBが検出されたにも関わらず、P4501A様分子種との間に、相関関係は認められなかった。これらの結果より、ゴマフアザラシP4501A様分子種の発現には、コプラナPCBによる誘導が関与していると推察された。さらに、その誘導には種特異的機構が存在することも示唆された。2.甲状腺機能:両アザラシ血液中の総サイロキシン、フリーサイロキシン、総トリヨードサイロニンおよびフリートリヨードサイロニンの量をそれらの年齢とともに測定した。ほとんどの有機塩素系化合物とT3の間に負の相関が見られ、特に、PCB170,PCB180とトータルT3濃度との間に有意な負の相関がみられた。通常、甲状腺ホルモンは加齢によっても減少する事が知られているが、ここで観測されたPCBによる減少はそれを越えており成長や繁殖に深刻な影響のあることが予想された。今年度は、海洋生態系の上位に位置するアザラシの肝P450に着目し、その種特異性について理解することを試みた。北海道積丹半島、および知床半島からゴマフアザラシ・クラカケアザラシを採取し、肝臓からミクロソームを調製した。このミクロソームを用いて、Alkoxyresorufin O-dealkylase(AROD)活性・Testosteronehydroxylase(TH)活性を測定し、さらにウエスタンブロット解析を行った。AROD活性・TH活性の中でも、Ethoxyresorufin O-deethylase(EROD)と6βTHの活性が高かった。またラットと異なり、16β・2βTH活性も検出された。ウェスタンブロット解析では、抗ラットP450抗体により、ラットP4501A・2B・3A様タンパクが検出された。しかしながら、P4502Bタンパクは検出強度が顕著に低かった。P4501A・3A量とAROD活性・6β・16β・2βTH活性の間にはそれぞれ有意な正の相関があったが、P4502B量はどの活性とも相関がなかった。こうした結果を考慮すると、アザラシではラットP4501A・3A様分子種の活性が高いことがわかった。一方、アザラシにはラットP4502B様分子種は微量にしか存在せず、P4501Aおよび3A様分子種がそれぞれラットP4501A・3A依存的な活性の他に、P4502B依存の活性にも寄与していることが示唆された。さらにアザラシP450活性は、性・成長段階によって変動していた。成長に伴い、EROD活性は雄では高く、雌では低くなる傾向が認められた。この成長にともなうアザラシ雌雄の活性値の変動パターンは、難分解性環境汚染物質の生体内蓄積量の変動パターンと類似していた。このことから、アザラシP450の一部分子種の活性値変動には、難分解性環境汚染物質による誘導が関与していると推察された。今年度は海棲哺乳類におけるシトクロムP450のDNA解析をおこなった。

P450は生体内に於いて、薬物や発癌性物質・環境汚染物質などの外来異物の他、ステロイドホルモン・脂肪酸などの内因性基質といった広範囲に至る物質の代謝を担う重要な酵素である。近年の急激な遺伝子工学技術の発展に伴い、様々な生物種のP450cDNAやゲノム配列が明らかにされてきた。本研究ではミンククジラ・イシイルカ・トド・ゴマフアザラシ、及びクラカケアザラシの5種の海生哺乳類に存在するP450cDNA塩基配列の一部を解析し、NelsonらによるP450命名委員会より得た既知のデータを基に、他の哺乳類の塩基配列結果も含め、系統樹を作製した。分子系統学的解析の結果、鯨類と鰭脚類のP450は各々が独立したクラスターを形成することが明らかとなった。また鯨類は偶蹄類と分子系統学的に近縁の関係にあることが示された。後者の結果は、これまでに他のグループがミトコンドリアDNAを用いて行った研究結果と合致するものであった。海棲哺乳類は陸生の動物種とは異なる異物代謝酵素活性を有することが示唆されており、今後発現P450による解析を進めることによって、その特異的性質が明らかになるものと期待された。近年、内分泌攪乱物質に対する関心が高まっている。トリブチルスズあるいはビスフェノールAはその代表的な物質である。これらは水棲哺乳動物に高濃度に蓄積して中枢神経系に悪影響を与えることが報告されている。本研究では、ラットをモデル動物として、これら両化合物による曝露が中枢神経系に対しどの様な影響を与えるかを明らかにすることを目的とした。妊娠ラットに、環境中に存在する程度の低濃度のトリブチルスズあるいはビスフェノールAを経口投与し、新生ラットの臓器重量測定と、大脳皮質、小脳、視床下部および海馬における神経系構成細胞のマーカー蛋白質等の発現量についてのノーザンブロット解析等から検討した。1週齢および1カ月齢のラットともトリブチルスズあるいはビスフェノールAに曝露群で生殖器とくに精巣上体の発育不良が観察された。また、1週齢の両投与群のラットにおいては、小脳重量の低下およびニューロフィラメントの減少がみられた。一方、1か月齢ラットの血中チロキシン濃度を測定したところ、両投与群においてその血中チロキシン濃度の低下が観察された。これらの結果から、本研究でとりあげた両物質は、ヒトが環境中で曝露される程度の低濃度においても、中枢神経系に何らかの影響を与える可能性があること、および、その影響には甲状腺ホルモンが何らかの形で関与していることが示唆された。北海道産ゴマフアザラシアザラシおよびクラカケアザラシにおける難分解性有機塩素化合物の残留濃度とそれらの肝P450発現量および甲状腺機能への関係について調査した。1.肝P450発現量:ゴマフアザラシでは、脂皮中のノンオルソ・モノオルソコプラナPCB各同族体残留濃度と肝臓中のエトキシレゾルフィン脱エチル化活性との間に有意な正の相関関係が得られた。さらに、これらコプラナPCB同族体濃度は、抗ラットP450 1 A抗体によりウエスタンブロット解析で得られたP450 1 A様タンパク発現量とも有意な正の相関関係を示した。一方、クラカケアザラシでは、同程度のコプラナPCBが検出されたにも関わらず、P450 1 A様分子種との間に、相関関係は認められなかった。これらの結果より、ゴマフアザラシP450 1 A様分子種の発現には、コプラナPCBによる誘導が関与していると推察された。さらに、その誘導には種特異的機構が存在することも示唆された。2.甲状腺機能:両アザラシ血液中の総サイロキシン、フリーサイロキシン、総トリヨードサイロニンおよびフリートリヨードサイロニンの量をそれらの年齢とともに測定した。
頭頚部がんに対する化学放射線療法が創傷治癒に与える影響の研究

C3H系マウスにネンブタールの腹腔内投与による麻酔を施行後、軟X線装置にて250kV、20mAで背部皮膚に放射線照射を行った。照射量は10,20,30Gyに設定した。背部皮膚のパラフィン切片を作成し、H・E染色、エラスチカ・ワンギーソン染色で組織学的変化を観察した。その結果、照射量が増加するに従って皮膚付属器(毛根)の変性、脱落、消失が著しく観察された。表皮の細胞層は減少し、その萎縮が観察された。また、上記モデルを用いて照射1週、4週、12週目におけるNotch受容体(Notch-1)、そのリガンド(Jagged-1)、シクロオキシゲナーゼ(COX-1、COX-2)の発現を免疫組織学的に検討した。Notch受容体はリガンドと結合することにより細胞の分化や維持に関わっている。Notch-1のリガンドであるJagged-1は分化を抑制するシグナルを活性化し、広範な細胞の遊走を促進する。COX-1は生体内に恒常的に発現しているが、COX-2はストレスや炎症により発現が誘導される。照射1週間目ではNotch-1とJagged-1が毛根付近に強く発現していた。COX-1とCOX-2の発現は弱かった。4週が経過して放射線照射からの治癒機転が始まる頃になると、Jagged-1は毛根付近に限局したままであったがNotch-1はより表層の角化層まで発現が拡大した。COX-1とCOX-2はともに間質の線維芽細胞に強く発現していた。12週目では組織全体の線維化が進み、これらの物質の発現は低下していた。本研究から、皮膚組織において放射線照射後早期に炎症などの強い障害により変性したのち、時間とともに炎症が沈静化し組織の線維化が進行していく過程が明らかとなった。本年は主にマウスを使用した動物実験をおこなった。C3H系マウスにネンブタールにて麻酔して軟X線装置にて250kV、20mAで10,20、30Gyの背部皮膚の照射を行った。固定具を使用して頭部、胸部の大部分は鉛板でシールドして、腰臀部付近の皮膚の一部に照射して不必要な障害をきたさないように配慮した。その結果皮膚への照射量が増加するに従って皮膚付属器(毛根)の変性と脱落や消失が著しく観察され、また表皮の細胞層が減少しその萎縮が観察された。時間経過とともに真皮と皮下組織の線維化が進行も観察された。これは臨床的にみられる人体での皮膚の変化に相似しておりモデルとしての妥当性がうかがわれた。ただし幼弱マウスでは成長に伴う皮膚の変化も影響し、コントロールとの比較が重要であった。この場場合結果の解釈がやや困難である場合があった。これに対する対策としてはある程度加齢してからのマウス(12週以降)を使用するのが良いと考えられた。また30Gy照射群では死亡する例が半数ほどみられ照射法に工夫をようするものと考えられた。すなわち深部の臓器(腎や腸管まど)に障害がでないように照射する工夫が必要と考えられた。現在これに手術侵襲を加えた群(皮膚を切開して再縫合)ものと、シスプラチンを投与した群の比較を行っているところである。またシスプラチン投与併用放射線照射群で手術侵襲を加えてその治癒経過を解析中である。来年度以降に結果が集積して一定の結論が得られるものと考えている。本年は昨年に続いて、マウスを使用した動物実験を主におこなった。

概要はC3H系マウスにネンブタールにて麻酔して軟X線装置にて250kV、20mAで10、20、30Gyの背部皮膚の照射を行った。昨年までに皮膚への照射量が増加するに従って皮膚付属器(毛根)の変性と脱落や消失が著しく観察され、また表皮の細胞層が減少してその萎縮が観察された。時間経過とともに真皮と皮下組織の線維化の進行も観察された。本年は免疫組織学的に種々の物質の発現を検討した。検討したのはNotch-1,Jagged-1,COX-1,COX-2である。Jagged1はNotch receptorのligandで、分化を抑制する信号を活性化し広範な細胞の遊走を促進する。COX-1,2はそれぞれcyclooxygenaseで恒常的に発現するtype1とストレスに対して誘導されるtype2を検討した。放射線を照射して1週ではJagged-1は毛根の細胞に強く発現が開始し、Notch-1も同様な傾向があった。COX-1,2ともに照射初期では発現は弱かった。4週が経過して放射線照射からの治癒機転が始まると、Jagged-1はやはり毛根付近に限局していたのに比して、Notch-1はより表層の角化層まで発現が拡大した。このころになるとCOX-1,2ともに間質の線維芽細胞に発現の増強がみられた。12週では組織全体の線維化が進みこれらの物質の発現は低下していた。今後はこの照射4週間で起こる各種シグナルの発現を詳細に分析する予定である。また抗がん剤投与を負荷して変化も観察する予定である。C3H系マウスにネンブタールの腹腔内投与による麻酔を施行後、軟X線装置にて250kV、20mAで背部皮膚に放射線照射を行った。照射量は10,20,30Gyに設定した。背部皮膚のパラフィン切片を作成し、H・E染色、エラスチカ・ワンギーソン染色で組織学的変化を観察した。その結果、照射量が増加するに従って皮膚付属器(毛根)の変性、脱落、消失が著しく観察された。表皮の細胞層は減少し、その萎縮が観察された。また、上記モデルを用いて照射1週、4週、12週目におけるNotch受容体(Notch-1)、そのリガンド(Jagged-1)、シクロオキシゲナーゼ(COX-1、COX-2)の発現を免疫組織学的に検討した。Notch受容体はリガンドと結合することにより細胞の分化や維持に関わっている。Notch-1のリガンドであるJagged-1は分化を抑制するシグナルを活性化し、広範な細胞の遊走を促進する。COX-1は生体内に恒常的に発現しているが、COX-2はストレスや炎症により発現が誘導される。照射1週間目ではNotch-1とJagged-1が毛根付近に強く発現していた。COX-1とCOX-2の発現は弱かった。4週が経過して放射線照射からの治癒機転が始まる頃になると、Jagged-1は毛根付近に限局したままであったがNotch-1はより表層の角化層まで発現が拡大した。COX-1とCOX-2はともに間質の線維芽細胞に強く発現していた。12週目では組織全体の線維化が進み、これらの物質の発現は低下していた。