hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ベイズ統計と集団学習の統計的解析

ブースティングの統計的な性質を考察するために,ブレグマン情報量に基づいて自然に導入される一般的な学習モデルの空間構造を,情報幾何学の枠組みにおいて考察した.雑音やはずれ値に対する頑健性,学習データとモデルの大きさに依存する漸近有効性,ブレグマン情報量を誘導する凸関数のベイズ最適性と一致性など,新たな観点からブースティングの統計的な性質を議論し明らかにした.また,上記の考察に基づき,より一般的なU-Boostアルゴリズムを提案した.さらに提案した手法を密度推定に拡張することによって,回帰問題に対するアルゴリズムの提案も行っている.これは再生核ヒルベルト空間を利用したガウス過程を回帰曲線とするq正規過程モデルに対してブレグマン情報量基づく損失関数を最小化する推定方程式を構成するものである.また,解析する中で,集団学習がSupport Vector Machine(SVM)などと密接に関係することが明らかとなってきたため,SVMの汎化誤差に関する統計的考察を代数的・幾何学的な観点から進めた.また,応用に向けては以下の2つの課題に取り組んだ.まず,ベイジアンネットワークで必要とされる巨大な確率分布表の推定において,オーバーフィットの問題を回避するために集団学習の原理を応用し,複数の単純な表を混合することによってパラメタ数を削減しつつ汎化能力を損わない確率モデルを構成した.モデルの推定には情報幾何的な観点からEMアルゴリズムの拡張を提案した.もう一つは,強化学習などのオンライン性が必要とされる学習方法と組み合わせて利用するためにブースティングのオンライン化に取り組んだ.理論解析の結果にもとづき,逐次的に得られるデータから最適化すべき評価関数を構成していく基礎的な方法を考察し,従来のブースティングとの比較・検討を行った.ブースティングの統計的な性質を考察するために,ブレグマン情報量に基づいて自然に導入される一般的な学習モデルの空間構造を,情報幾何学の枠組みにおいて考察した.雑音やはずれ値に対する頑健性,学習データとモデルの大きさに依存する漸近有効性,ブレグマン情報量を誘導する凸関数のベイズ最適性と一致性など,新たな観点からブースティングの統計的な性質を議論し明らかにした.また,上記の考察に基づき,より一般的なU-Boostアルゴリズムを提案した.さらに提案した手法を密度推定に拡張することによって,回帰問題に対するアルゴリズムの提案も行っている.これは再生核ヒルベルト空間を利用したガウス過程を回帰曲線とするq正規過程モデルに対してブレグマン情報量基づく損失関数を最小化する推定方程式を構成するものである.また,解析する中で,集団学習がSupport Vector Machine(SVM)などと密接に関係することが明らかとなってきたため,SVMの汎化誤差に関する統計的考察を代数的・幾何学的な観点から進めた.また,応用に向けては以下の2つの課題に取り組んだ.まず,ベイジアンネットワークで必要とされる巨大な確率分布表の推定において,オーバーフィットの問題を回避するために集団学習の原理を応用し,複数の単純な表を混合することによってパラメタ数を削減しつつ汎化能力を損わない確率モデルを構成した.モデルの推定には情報幾何的な観点からEMアルゴリズムの拡張を提案した.もう一つは,強化学習などのオンライン性が必要とされる学習方法と組み合わせて利用するためにブースティングのオンライン化に取り組んだ.理論解析の結果にもとづき,逐次的に得られるデータから最適化すべき評価関数を構成していく基礎的な方法を考察し,従来のブースティングとの比較・検討を行った.大規模な学習機械を構成する際の計算量の爆発と汎化能力の低下を避ける手法として集団学習があるが,その中でも逐次的に例題の重みを変えながら異なる学習機械を作り統合するブースティング(boosting)がその実用性から注目を集めている.Boostingを最適化問題における双対問題として捉え,学習モデルの作る空間の幾何学的な構造に基づいてその性質を論じるという試みはあるものの,その推定量としての統計的性質に関する考察は未だ不十分である.このアルゴリズムを考察するために,指数型損失に基づく幾何学的考察を拡張し,情報幾何学の枠組においてBregman divergenceのもとに自然に導入される,より一般的な学習モデルの空間の構造を考察した.Bregman divergenceによってこの空間に入る統計的な距離に基づいてcontaminantモデルを用いた雑音や外れ値に対する頑健性,学習データとモデルの大きさの依存する漸近有効性,Bregman divergenceに用いる凸関数に関するBayes最適性と一致性,アルゴリズムの停止条件の幾何学的な解釈などの観点からアルゴリズムの統計的な性質を議論した.ブースティングの統計的な性質を考察するために,指数型損失に基づく幾何学的考察を拡張し,情報幾何学の枠組町においてブレグマン・ダイバージェンス(Bregman Divergence)をもとに自然に導入される,より一般的な学習モデルの空間の構造を考察した.ブレグマン・ダイバージェンスによってこの空間に入る統計的な擬距離に基づいて雑音やはずれ値に対する頑健性.学習データとモデルの大きさに依存する漸近有効性,ブレグマン・ダイバージェンスに用いる凸関数のベイズ最適性と一致性,アルゴリズムの停止条件を記述するための一般的なランダム・ゲスの幾何学的な解釈など,新たな観点からアルゴリズムの統計的な性質を議論し明らかにした.上記の考察に基づき,より一般的なブースティングアルゴリズムのクラスであるU-Boostを提案した。このクラスは特にコンタミネーションモデルに代表される雑音が含まれたデータに対してこれまでのものより頑健な推定が行えることを特徴としている.またブレグマン・ダイバージェンスを密度推定に拡張することによって回帰問題に対する拡張を行っている.

これは再生核ヒルベルト空間を利用して定義されるガウス過程を回帰曲線とするモデルに対してブレグマン・ダイバージェンスから誘導される損失関数を最小化する推定方程式を構成するものである.現在人工的なデータを用いて数値実験を行っているが,この予備的な実験においては良好な結果を得ている.当初の計画においては,集団学習の手法であるブースティング,あるいはバギングを対象として考えてきたが,回帰問題への拡張を模索する中で,サポートベクターマシン(Support Vector Machine)やスパースコーディング(Sparse Coding)など手法との密接な関係が現れてきた.これらの関連についてより詳細な解析を進めるために,まずサポートベクターマシンの汎化誤差に関する統計的考察を幾何学的な観点から進めた.さらにグラフィカルモデルなどで重要となる巨大な確率分布表の推定において独立な同時分布表の混合を考えることにより,パラメタ数をドラスティックに削減できる可能性があるが,この密度推定において,これまでに提案したブレグマン・ダイバージェンスを用いた推定方法を適用することによって,密度推定における集団学習的な方法による推定精度の向上と安定化について考察した.また,理論解析の結果を実問題に適用し,より実用的なアルゴリズムを構築することを検討するために,スパムメールを分類する問題や,睡眠時の心拍や血中酸素濃度から睡眠状態を推定する問題などを例として,アルゴリズムの性能の比較検討や,実データにおいて多く見られる欠損などに対処するためにEMアルゴリズム等と組み合わせる手法について考察を行った.サポートベクターマシンの汎化誤差に関する代数的な観点からの考察は一段落し,論文としてまとめることができた.今後の課題としてはより複雑なモデルへ今回提案した解析手法を適応することと実問題での性能の評価等が考えられる.また,集団学習に関しては以下の2つの課題に取り組んだ.まず,実問題にグラフィカルモデルやベイジアンネットを適用する場面で必要とされる巨大な確率分布表の推定におけるパラメタ数の爆発という問題に対して,これを回避するために集団学習の原理を応用し,独立な同時分布表の混合することによってパラメタ数をドラスティックに削減し,大規模でありながら比較的パラメタ数が少数で推定に用いる例題数が少なくても汎化能力を損わない確率モデルを構成した.モデルの推定にはブースティングの解析のために提案したブレグマンダイバージェンスにもとづく情報幾何的な方法を応用してEMアルゴリズムを拡張し,また,このモデルと採用するダイバージェンスの関係に由来するロバスト性について考察した.
精神疾患とドーパミンD_4受容体遺伝子多型の関連の検討

様々な精神疾患において重要な役割を演じていると考えられるドーパミン受容体には現在までにD_1D_5の5種類が知られており、このうちD_4受容体には遺伝子の反復構造による5種類の多型が存在することが知られている(Nature358:149-152,1992)。そこで本研究では、(1)ヒトの白血球から抽出したDNAを用いてドーパミンD_4受容遺伝子の多型を明らかにするための簡便な方法を確立すること、(2)様々な精神疾患とドーパミンD_4受容体遺伝子の多型との関連を検討すること、の2点を目的とした。平成5年度(1993年度)は、(1)ヒトの血液よりのDNA抽出、(2)D_4受容体遺伝子多型部位の近辺の構造にもとづいたプライマーの決定・合成、(3)抽出したDNAからのPCRを用いたD_4受容体遺伝子の多型部分の増幅、を3組のプライマーを用いて行った。いずれの場合でも、PCRによる増幅遺伝子にはD_4受容体以外の遺伝子が含まれていて、D_4受容体遺伝子のみ特異的増幅には成功しなかった。PCRにD_4受容体遺伝子を増幅するための条件設定が困難であるという事態には、多くの研究室が直面しているようであった。そこで平成6年度(1994年度)は、PCRの条件を改善・工夫してD_4受容体遺伝子を簡便に増幅する方法の確立を目指した。具体的には、アニール温度をかなり高く設定するなど条件をさらに厳しくする、プライマーを2組用いて二重のPCRにより増幅を図る、などの工夫を重ねた。その結果、電気泳動で単一のバンドとして認められる増幅遺伝子が得られた。制限酵素2種類で切断した断片の電気泳動パターンからは、この増幅された遺伝子がD_4受容体遺伝子であることはほぼ確実と考えられる。したがって、今回用いた方法・条件によって、ヒト白血球から抽出したDNAにおけるD_4受容体遺伝子の簡便で特異的な増幅の方法が確立されたことになる。平成5年度の研究により、(1)ヒトから得た血液よりのDNA抽出、(2)D_4受容体遺伝子多型部位の近辺の構造にもとづいたプライマーの決定・合成、(3)抽出したDNAからのPCRを用いたD_4受容体遺伝子の多型部分の増幅、を行なってきた。本研究計画調書を書いている時点までに、3組のプライマーを用いてPCRを行ない、増幅された遺伝子の塩基配列を検討したが、いずれも増幅した遺伝子にはD_4受容体以外の遺伝子が含まれており、D_4受容体のみの特異的増幅に成功していない。この事態は、プライマーや遺伝子増幅の条件を変更することにより解決できると考えられるので、平成6年度にも実験条件についての検討を継続し、増幅DNAにもとづく遺伝子多型の決定システムを確立する予定としている。全体としては、予定通りの研究の進捗状況であると言える。本研究計画調書を書いている時点までに、D_4受容体遺伝子増幅のための基礎的な知識・手法の概要を修得できてきた。D_4受容体遺伝子のみの特異的増幅に成功していないが、この点はPCRを行なう際の温度・濃度などの種々の条件を変更することにより、近いうちに解決できる見通しである。ごく最近、健常者と比較して分裂病患者においてはD_4受容体が67倍に増加しているとする報告がなされ(Nature 365:441-445,1993)、分裂病の病因・病態研究においてD_4受容体について検討することがますます重要となってきたと考えられる。昨年度は、【.encircled1.】

ヒトから得た血液よりのDNA抽出、【.encircled2.】D_4受容体遺伝子多型部位の近辺の構造にもとづいたプライマーの決定・合成、【.encircled3.】抽出したDNAからのPCRを用いたD_4受容体遺伝子の多型部分の増幅、を3組のプライマーを用いて行なったが、いずれの場合でもPCRによる増幅遺伝子にはD_4受容体以外の遺伝子が含まれていて、D_4受容体遺伝子のみの特異的増幅には成功しなかった。PCRによりD_4受容体遺伝子を増幅するための条件設定が困難であるという事態には、多くの研究室が直面しているようであるので、本年度はPCRの条件を改善・工夫してD_4受容体遺伝子を簡便に増幅する方法の確立を目指した。具体的には、アニール温度をかなり高く設定するなど条件をさらに厳しくする、プライマーを2組用いて二重のPCRにより増幅を図る、遺伝子産物の増幅が微量にしか行なえなくとも検出できる方法を利用する、などの工夫を重ねた。その結果、電気泳動で単一のバンドとして認められる増幅遺伝子が得られた。制限酵素2種類で切断した断片の電気泳動パターンとD_4受容体遺伝子の塩基配列を比較すると、この増幅された遺伝子がD_4受容体遺伝子であることはほぼ確実と考えられる。したがって、今回用いた方法・条件によって、ヒト白血球から抽出したDNAにおけるD_4受容体遺伝子の簡便で特異的な増幅の方法が確立されたことになる。当初は、この方法を実際の精神疾患患者にも適用することまでを本年度中に行なう予定であったが、D_4受容体遺伝子のPCRによる増幅が困難であったために、鋭意進行しつつあるのが現状である。
東アジア縁辺海における大陸棚斜面に沿う沈降流とそれに伴う物質輸送

回転系における重力流を再現することの出来るストリームチューブモデルと現在までに蓄積されている各種の観測データを使用して、東アジア縁辺海(日本海、オホーツク海、東シナ海)における大陸棚斜面に沿う海水の沈降過程を調べた。特にどのような力学場が形成されることで海水沈降が可能となっているのかについて焦点をあてて考察し、現在までに時空間的に断片的にしか得られていない観測的な知見を補完した。東アジアの縁辺海であるオホーツク海、日本海、及び東シナ海の大陸棚斜面を沈降する密度流とそれに伴う物質輸送の実態、すなわち、これらの海域における海水と溶存物質の沈降経路や量、混合過程を、観測資料解析と数値実験の両面から明らかにする事を目的として、数値実験を行った。また、各種の観測データについても解析中である。具体的には下記の通りである。海水の沈降過程においては、地球自転が本質的な傾圧不安定が極めて重要な役割を果たしている。一方、上記の海域は緯度にして約20度から60度とかなり広範囲に渡って分布しており、地球自転に起因するコリオリ力も海域毎に大きく異なる。そこで、先ず、沈降流の力学過程についての検討を、三次元モデルを用いて行った。その結果、海水の沈降過程に対して、緯度の違いは極めて大きな影響を及ぼすことが明らかになった。特に重要な点は、緯度が低下するに伴って海水の沈降量が増加することである。また、現在は、日本水路協会編集の日本周辺域における品質管理済み海洋内部データ(MIRC OCEAN DATASET 2005)や気象庁編集の日本周辺域における高分解能大気観測客観解析データ(MANAL)、オホーツク海における海氷観測データ(海氷観測資料)、全球長期再解析データ(JRA-25)等の多種多量のデータを入手し、詳細な解析を行っている。さらに、観測資料解析で得られた結果を補完し、力学解析で得られた結果も統合して総合的な知見を得るための数値モデルについても開発中である。東アジアの縁辺海であるオホーツク海、日本海、及び東シナ海の大陸棚斜面を沈降する密度流とそれに伴う物質輸送に関する研究を昨年度に引き続き、以下のように基礎的な力学過程と現実的な条件下における力学・海水混合過程の両面から行った。先ず、東アジアの中緯度域に相当する地球自転率のもとにおける海水沈降の力学について、高緯度域における沈降過程との相違を明瞭にさせながら、その実態を総合的に議論・考察した(田中,2008等)。また、各縁辺海域における具体的な実態を推定するためのストリームチューブモデルの開発に従事した。現実的な状況を通常の(プリミティブ方程式系)大循環モデルで再現するには莫大な計算機資源を必要とするが、本研究ではストリームチューブモデルを使用することで、現実的な計算機資源の範囲内で、バルク量ではあるものの十分に現実的な知見を得ることを目的としている。一次元の運動方程式や密度の移流拡散方程式から成る連立常微分方程式をアダムス法を用いながら解くことで、沈降海水の流量変化や背景場の海水との混合による密度変化、沈降経路等の物理量を計算する。同時に、日本周辺域における品質管理済み海洋内部データ(MIRC OCEAN DATASET 2005、海洋情報研究センター)や日本周辺域における高分解能大気観測客観解析データ(MANAL、気象庁)、オホーツク海における海氷観測データ(海氷観測資料、気象庁)、全球長期再解析データ(JRA-25、気象庁と電力中央研究所)等のデータを用いて、観測資料の解析も進めた。上記の数値計算や資料解析には本課題で購入した計算機サーバや、所属機関保有の大型並列計算サーバを利用した。東アジア縁辺海の大陸棚斜面において沈降する密度流とそれに伴う物質輸送に関する研究を、昨年度に引き続き実施した。本年度は特にストリームチューブモデルを用いて、海水沈降の基礎的な力学過程と海水混合過程を調べるとともに、沈降海水生成の重要な要因である上空の気象環境についても検討した。先ず、日本海については、海水の沈降が生じていることが観測的に示唆されているウラジオストック(ロシア)沖の海域を対象にして、Peter the Great Bay内でブライン排出によって形成された高密度陸棚水が、大陸棚斜面を沈降する過程を調べた。その結果、この海域における大陸棚斜面が世界的にも極めて急峻であることが、海水沈降の力学に重要な影響を及ぼしていることが明らかになった。すなわち、例えば世界の主要な海水沈降海域であるグリーンランド沖や南極ウェッデル海などでは大陸棚斜面の傾斜(正接)は0.01程度であるのに対して、日本海ウラジオストック沖での傾きは約0.1と大変急峻である。そのため、Peter the Great Bayから大陸棚斜面に流出する高密度陸棚水は、グリーンランド沖やウェッデル海などでの高密度陸棚水に比べてかなり容易に大陸棚斜面を沈降することが可能である(グリーンランド沖やウェッデル海などでは斜面下向きに働く重力と上向きに働くコリオリ力がバランスする地衡流が形成され易く、高密度陸棚水は斜面を容易には沈降できない)。

また、そうした沈降は2001年初冬に顕著に生じていたことが海洋観測から知られているが、2001年初冬には該当領域でおよそ10年振りの記録的な厳冬であったことが分かった。その他、オホーツク海等における海水沈降についても検討し、高密度陸棚水がオホーツク海中層に貫入する可能性を示唆した。
新人看護師教育におけるプリセプター支援担当者育成プログラムの開発

プリセプターを支援する役割を担う"プリセプター支援担当者"を育成・活用するためのプログラムを開発してきた。プログラムは、「自己評価票」と「モデルプログラム」部分の2つから構成されている。「自己評価票」は、新人看護師教育支援に関して、個人と集団の支援担当者としての能力と資質を評価し、その強みと弱みを生かして、各施設独自の新人看護師教育支援担当者育成のための研修プログラムを立案できるようにした。「モデルプログラム」は、自己評価票の自己採点結果から施設の特徴に応じて、必要なプログラムを選択できるようにした。更に、「自己評価票」の得点は、研修前後で比較し、各個人にフィードバックし、看護観・教育観・キャリア観を再認識する指標として役立てるものとした。我が国では、8割を超える病院が、新人看護師の育成方法としてプリセプターシップを導入している。しかし、医療の高度化や安全管理意識の向上、新人看護師の実践能力の低下などにより、プリセプターである看護師が疲弊し、プリセプターシップが立ちゆかなくなっている現状が指摘されている。本研究では、3年間の研究期間をかけて、プリセプターを支援する役割を担う"プリセプター支援担当者"を育成・活用するためのプログラムを開発することを目的としている。平成20年度は、事前調査の結果より「プリセプター支援者に求められる能力・資質」24項目を明らかにし、その重要性及び獲得状況、プリセプター支援者が役割遂行する上での困難等に関する質問紙を作成し、全国400床以上の病院のプリセプター支援を担当する者を対象に全国調査を実施した。その結果、プリセプター支援者が役割遂行する上での困難の記述は、(1)支援者から見たプリセプティーの現状、(2)支援者から見たプリセプターの現状、(3)新人指導・プリセプターのモチベーションを高める方法の希求、(4)支援者に求められていると感じている能力、(5)支援者としての時間管理の難しさ、(6)プリセプターとプリセプティーの関係調整、(7)支援者とプリセプターの精神衛生管理、(8)組織としての支援体制の不備、の8つに分類された。このうち、(3)(8)には先に明らかにした「プリセプター支援者に求められる能力・資質」24項目のずれかと深く関っており、これらの能力を開発する方向で、プリセプター支援者の困難感を解決するプログラムの開発の重要性が示唆された。次年度は、上記の結果を踏まえて、プリセプター支援担当者育成プログラムを具体化し、実際にプログラムを試行する施設の選定までを行う予定である。平成21年度は、前年度に実施した「プリセプター支援者に求められる能力・資質に関する全国調査」の結果を分析し、プリセプター支援者の背景によるちがいとプリセプター支援担当者が感じる役割遂行上の困難について焦点を絞り、研究成果を学会発表した。さらに、これらの研究成果を統合し、プリセプター支援担当者育成プログラムを開発した。開発した研修プログラムは、「1.新人教育支援に必要な基本的知識」を獲得する研修、「2.新人教育支援担当者に求められる役割の実際」を体験する研修、「3.新人教育支援におけるタイムマネジメント」「4.新人教育支援におけるセルフマネジメント」のノウハウを身に付ける研修、「5.組織としての支援体制づくり」の視点を学ぶ研修という5つの研修プログラムから構成されており、プリセプター支援担当者に必要とされる能力40項目を事前に自己評価することにより優先度の高い研修を本人もしくは施設側が選択できる形式とした。次年度は、本プログラムを複数施設で試行・評価し、洗練させていく予定である。我が国では、8割に及ぶ病院がプリセプターシップを導入し、新人看護師の育成を行っているが、近年プリセプターの負担が増大し、プリセプターシップが立ちゆかなくなっている現状が指摘されている。その結果、プリセプターシップそのものを見直す動きも出てきている。いずれにせよ、有効な新人指導体制を確立し、看護実践現場の底力を上げていくためには、現場において自ら看護することを通して後輩指導のできる教育支援者を育成する体制の整備が不可欠である。本研究では、3年間の研究期間をかけて、プリセプターを支援する役割を担う"プリセプター支援担当者"を育成・活用するためのプログラムを開発することを目的とした。開発したプログラムは、「自己評価票」部分と、「モデルプログラム」部分の2つから構成されている。

まず、「自己評価票」部分では、新人看護師教育支援に関して、偶人と集団の支援者としての能力と資質を評価し、その強みと弱みを生かして、各施設独自の新人看護師教育支援担当者育成のための研修プログラムを立案できるようになっている。「モデルプログラム部分」は、自己評価票の資質と能力に関する自己採点結果から施設の特徴に応じて、必要なプログラムを取捨選択できるようになっている。更に、「自己評価票」の得点は、研修前後で変化を比較することができるようになっているので、研修前後の能力の変化を各個人にフィードバックし、看護観・教育観・キャリア観を再認識する指標として役立てることが可能である。本年度は2施設でプログラム試案を施行・評価し、洗練させていった。今後は、教育担当者や教育責任者に広く情報発信するために、プログラム活用のテキストを作成し、病院単位で、本プログラムが実施できるように支援していく必要があると考える。
Ｈ／Ｄ交換質量分析法によるタンパク質間相互作用・構造変化部位の決定

本年度は、[1]コンデンシンヒンジドメイン(CAP-C/E-h複合体)のヘテロダイマー相互作用部位をダイマーの各領域におけるアミドプロトンの重水素との交換率の時間依存性測定により決定した。CAP-Eホモダイマーと共通の相互作用部位に加えて、ヘテロダイマーに特有の相互作用が示唆された。[2]ITCによるコンデンシンヒンジドメイン(CAP-C/E-h複合体)とDNAとの相互作用解析を行った。その結果、一本鎖DNAとの結合が強いこと、イオン強度が高くなると親和性が大きく低下すること、を見出した。また、低イオン強度条件における一本鎖DNAとの親和性が30nMであることが分かった。[3]ヒンジへテロダイマーとDNAとの相互作用部位の特定を行った。具体的には、[2]で決定した親和性を参考として測定濃度を設定し、DNA結合時におけるヘテロダイマーの各ペプチド領域におけるアミドプロトンの重水素との交換率の時間依存性を測定し、DNAとの結合に伴って交換率が低下する部位を特定した。特定した領域には中性条件で正電荷を持つアミノ酸残基が含まれていた。また、ヘテロダイマー形成時には溶媒への露出率が低い領域のペプチドも交換率が低下しており、このことから相互作用に伴う構造変化も示唆された。以上、本年度の研究によりコンデンシンヒンジのDNAとの相互作用部位を構造レベルで決定することに成功した。24年度が最終年度であるため、記入しない。タンパク質複合体の相互作用・相互作用に伴う構造変化部位の決定は、複合体機能を知る上で重要であり、合理的創薬や抗体医薬開発等においても不可欠となりつつある。本研究では、複合体の相互作用・構造変化部位決定を容易に可能とするため、HDXユニット(HDX)と専用解析プログラムを用いた「重水素置換質量分析法(H/DX-MS)」の開発を行った。まず、液体クロマトグラフィー部分のうち、オンラインペプシンカラムおよび複数のバルブをほぼ0°Cに維持することが可能なHDXプロトタイプをセットアップし、オンライン切断条件およびLCカラムによる分離条件の検討を行った。最初にサンプルとしてコンデンシンホモ二量体について最適化を行ったところ、観測されたペプチド数が200本以上に達し、全体の97%以上の配列を再現性良くカバーすることに成功した。次に、ホモ二量体の二量体形成部位の決定のために、二量体を形成しない変異体を作製し、HDX測定を行ったところ、野生型と交換率が異なる箇所を複数特定することが出来た。HDXにより特定した相互作用部位と我々が決定した立体構造との比較を行ったところ、良く一致していたことから、測定法の確立に成功したといえる。最後に、確立した手法を用いてヘテロ二量体についても解析を実施することで、ヘテロ二量体に関わる領域も決定することに成功した。以上の結果のように、従来法による構造解析が困難な場合においても,相互作用領域の決定が可能となったことは、複合体の構造細胞生物学研究において重要な意義を持つ。当初目的としたHDXの確立、ホモダイマーおよびヘテロダイマーの相互作用部位の決定、に成功し、本手法が複合体の相互作用を構造面から理解するために有効であることを十分に示すことが出来たため。DNAとの相互作用は複合体の構造解析のなかでも特に難しく、特に特異性が低い相互作用の解析例は非常に限られる。こうした状況を踏まえ、HDXを用いたタンパク質-DNA相互作用解析を実施する。DNAとの親和性の程度とHDX実現可能性が不明という問題点があるが、おもには濃度を変化させ測定を行うことで、対応可能であると考えている。
骨髄増殖性腫瘍の新しい原因遺伝子Ｌｎｋの機能解析

骨髄増殖性腫瘍のうち、本態性血小板血症患者でJAK2 V617F変異とLnk遺伝子異常について解析した。その結果、JAK2 V617F変異陰性であった1人にLnk遺伝子のSH2ドメインにheterozygousな遺伝子異常を発見した。この変異は今までに報告されていない新たな変異であった。そこで、今回発見したLnkの遺伝子異常がJAK2 V617F変異と同じように恒常的にJAK/STAT系でリン酸化を起こしシグナルが伝わっているかをBaF3細胞とマウスES細胞を用いて検討した。骨髄増殖性腫瘍のうち、本態性血小板血症の原因とされるJAK2 V617F変異の有無について解析した。その結果、24人中14人に同変異を認めた。次いで、JAK2変異陰性であった10人の患者から血小板を分離し、血小板mRNAを抽出した。RT-PCR法でLnk mRNAを増幅し、シークエンス解析を行ったところ、1人にSH2ドメインにheterozygousな遺伝子異常を発見した。この変異はpolymorphismとしては報告されていない新たな変異であった。そこで、今回発見したLnkの遺伝子異常がJAK2 V617F変異と同じように恒常的にJAK/STAT系でリン酸化を起こし、シグナルが伝わっているかを確認すること目的に今回発見した遺伝子異常のLnk変異体と、TPO依存性の細胞増殖を阻害すると報告されているLnk R392E、polymorphismとして報告されているLnk N537Dの3つの変異体を作成した。これらと野生型のLnkをBaF3細胞に遺伝子導入して、JAK/STAT系のシグナルについて検討した。次に、Lnk変異体とLnk siRNAをマウスES細胞に遺伝子導入し、赤芽球系細胞または巨核球系細胞に分化させ、細胞分化について検討することを計画している。次いで、私たちは、Stat3を血球系で特異的にノックアウトして、in vivoでのSTAT3の機能解析を行った。Tie2-Cre STAT3コンディショナルノックアウトマウスでは、貧血を認めた。網状赤血球の増加、エリスロポエチンの増加、LDH高値、脾腫を認めたことから、溶血性貧血と考えられた。今後、骨髄の評価を含め、さらに詳細な検討を加えていくことで赤血球分化の過程におけるSTAT3の役割ならびに溶血性貧血の発症メカニズムを明らかにしていく予定である。まずは、骨髄増殖性腫瘍のうち、本態性血小板血症の原因とされるJAK2 V617F変異の有無について解析した。まずは、マウスES細胞をEPO、またはTPO存在下に共培養を続けることで、赤芽球系細胞、または巨核球系細胞を培養12ー13日までに得ることができることを確認した。骨髄増殖性腫瘍のうち、本態性血小板血症患者から血小板を分離し、血小板mRNAを抽出した。RT-PCR法でLnk mRNAを増幅し、シークエンス解析を行った。同時に、JAK2 V617F変異の有無について、allele specific PCR法と直接シークエンス法によって解析した。この遺伝子解析は愛媛大学ヒトゲノム・遺伝子解析研究倫理委員会の承認を得ている。その結果、本態性血小板血症患者28人のうちJAK2 V617F変異を21人に認めた。そこでJAK2変異陰性であった7人の患者でLnk遺伝子配列を調べたところ、1人にSH2ドメインにheterozygousな遺伝子異常を発見した。

そこで、今回発見したLnkの遺伝子異常がJAK2 V617F変異と同じように恒常的にJAK/STAT系でリン酸化を起こし、シグナルが伝わっているかを確認することを計画し、今回発見した遺伝子異常のLnk変異体と、TPO依存性の細胞増殖を阻害すると報告されているLnk R392E、polymorphismとして報告されているLnk N537Dの3つの変異体を作成した。これらと野生型のLnkをBaF3細胞に遺伝子導入して、JAK/STAT系のシグナルについて検討した。さらにはマウスES細胞に遺伝子導入し、赤芽球系細胞または巨核球系細胞に分化させ、細胞分化についても検討した。血液内科学in vitroでの実験系において今回発見したLnkの遺伝子異常のJAK/STAT系に及ぼす影響についてはBaF細胞では検討できたが、マウスES細胞を使っての実際に赤芽球系細胞、または巨核球系細胞が増加するか否か、血球の分化に及ぼす影響については現在検討中である。Tie2-Cre STAT3コンディショナルノックアウトマウスの作成、解析は進んでおり、血球分化の過程におけるSTAT3の役割について報告した。また、申請時に計画していたLnk変異ノックインマウスの作製についてはとりかかれていない。in vitroでの実験系において今回発見したLnkの遺伝子異常のJAK/STAT系に及ぼす影響についてはBaF細胞では検討できたが、マウスES細胞を使っての実際に赤芽球系細胞、または巨核球系細胞が増加するか否か、血球の分化に及ぼす影響については現在検討中である。Lnk siRNA導入ES細胞およびLnk変異遺伝子導入ES細胞の遺伝子発現をコントロールES細胞と網羅的に比較検討する。次に、さまざまな細胞への分化誘導系を用いて、JAK/STAT系シグナルについて検討すると共に、Lnkの細胞分化に関する役割を明らかにする。特に、赤芽球系分化に関する影響を、glycophorin Aの発現、benzidine染色によるhemoglobin産生などによってコントロールと比較する。さらに、巨核球系分化に関する影響を、CD41やCD61の発現、フィブリノゲンへの結合などによってコントロールと比較する。また、JAK2阻害剤の効果についてもLnkの野生型とそれぞれの変異体が発現した細胞と共培養することで、JAK/STAT系のシグナルについて検討する予定である。本態性血小板血症の患者の原因遺伝子として、最近、N Engl J Medにcalreticulinの遺伝子異常が報告された。calreticulinの遺伝子異常を有する本態性血小板血症の患者では、JAK2 V617F遺伝子変異を有する患者に比べて、血小板数が多いが、血栓症は少ないとも報告されている。そこで私たちは本態性血小板血症の患者で、原因となる遺伝子異常によって血小板機能に違いがあるのではないかと考え、評価することを計画している。まず、Lnk siRNA導入ES細胞およびLnk変異遺伝子導入ES細胞の遺伝子発現をコントロールES細胞と網羅的に比較検討する。
ビオチン不足・欠乏による卵子の質劣化要因の解明

質の低下した卵子は減数分裂異常が起きやすいため、染色体不分離や流産、不妊症の原因となる。卵子の質が低下する要因には加齢があるが、栄養状態のアンバランスによっても起きることが報告されている。水溶性ビタミンの1つであるビオチンは、補酵素として糖代謝や脂肪酸合成、アミノ酸代謝などに関与している。ビオチン低栄養状態では、減数分裂異常が誘発されることを動物実験レベルで明らかにした。しかし、その機序は不明である。エネルギー不足、酸化など様々な要因が考えられる。本研究は、ビオチン低栄養状態によっておきる減数分裂障害の機序を明らかにしようとするもである。卵子の質の劣化は、減数分裂異常を引き起こし、流産、染色体異常、不妊症の原因となる。卵子の質が劣化する要因には活性酸素、ミトコンドリア機能の低下、代謝異常やそれに付随するエネルギー不足など、様々な要因があるとされている。先行研究により水溶性ビタミンであるビオチン不足によって、卵子の質が低下することを明らかにしたが、上記に述べた要因が関与しているのかは不明であった。そこで、ビオチン不足・欠乏によって起きる減数分裂異常の要因が何かを明らかにすることを目的とした。ビオチンは補酵素として脂肪酸合成にも関与するため、不足によって卵子中の脂肪酸蓄積量は低下すると予想した。脂肪酸は減数分裂時のエネルギー源として利用されることから、脂肪酸蓄積量の低下によってエネルギー不足となる。これが要因となって減数分裂異常が引き起こされたと仮説を立てた。また、仮説以外の要因を検討するために、活性酸素およびミトコンドリア機能を調べた。ビオチン不足あるいは欠乏モデルマウスを作製し、卵子の脂肪酸量をNile Redを用いて解析した。また、卵子の活性酸素、ミトコンドリア活性を測定した。その結果、ビオチン不足によって卵子中の脂肪酸蓄積量が低下し、ミトコンドリア機能も低下することが分かった。次に、不足モデルマウスにビオチンを与えた。脱毛症状の消失などから栄養状態は回復したと考えられるが、脂肪酸蓄積量およびミトコンドリア機能は対照群と同等レベルにまで回復しないことが分かった。よって、ビオチン不足・欠乏による減数分裂異常には、脂肪酸合成量の低下およびミトコンドリア機能の低下によるエネルギー不足が要因の一つであることが示唆された。新しい研究環境下で、動物飼育方法、卵子評価方法、ビオチン測定方法が確立できた。ビオチン低栄養による減数分裂異常の要因に、脂肪酸蓄積量の減少およびミトコンドリア機能の低下が関与していることを明らかにできた。今年度はビオチン不足によって卵子の脂肪酸蓄積量が低下すること、ミトコンドリア機能が低下することが示唆された。ビオチンは脂肪酸合成だけではなく、補酵素として糖新生などエネルギー代謝に関与している。脂肪酸合成だけでなく、これらのエネルギー代謝におよぼす影響を検討する。また、卵子の減数分裂異常と関連があるとされている、ヒストンのアセチル化異常やメチル化異常についても検討する予定である。

今年度はビオチン不足によって卵子の脂肪酸蓄積量が低下すること、ミトコンドリア機能が低下することが示唆された。ビオチンは脂肪酸合成だけではなく、補酵素として糖新生などエネルギー代謝に関与している。脂肪酸合成だけでなく、これらのエネルギー代謝におよぼす影響を検討する。また、卵子の減数分裂異常と関連があるとされている、ヒストンのアセチル化異常やメチル化異常についても検討する予定である。
ヒト発がん感受性に関するアリルアミン硫酸転移酵素の遺伝子の単離と多型性解析

現在までに多数の硫酸転移酵素分子種のcDNAが実験動物やヒトから単離され、研究が行われてきたが、遺伝子レベルで多型の存在を明らかにした例はない。一方、ヒトアリル硫酸転移酵素の硫酸転移活性に個体差あることは以前から知られており、その分子種は、ヒトにおいてアリルアミンの代謝的活性化に深く関わっていることを、我々は明らかにしてきた。本研究では、その遺伝子構造を明らかにし、遺伝的多型の存在の可能性を遺伝レベルで初めて明らかにすることができた。今後の課題として、個体数を増やし個々の多型がどの様な頻度で出現するのかを明らかにすると共に、多型が明らかとなった個体については、今回明らかにした遺伝構造のデータを基にして多型の原因、即ち遺伝子のどの部位に変異が生じているのかを明らかにし、その多型の検出方法を確立していく予定である。一方、ラットのアリルアミン硫酸転移酵素の一つであり、強力なN-アセチルアミノフルオレンの代謝的活性酵素であるST1C1に対応するヒトST1C分子種について、その遺伝子の単離を試みた。その結果、ST1C1に対応すると推定されるヒト遺伝子は単離された。しかし、この塩基配列の情報を基にRT-PCRを試みたが、ヒト肝ではそのmRNAの発現は確認できなかった。ところで、近年遺伝子のデータベースには、ヒトの各臓器に発現するmRNAの断片の塩基配列が、EST (expressed sequence tag)として登録されている。我々は、このデータベースから今回単離したST1C遺伝子のエクソン領域とは異なるが、ST1C1cDNAに非常に相同性の高いESTが登録されているのを見出した。このESTのデータを基にして、現在胎児肝cDNAライブラリーよりそのcDNAの単離を試みている。
酸水素化物を前駆体に用いた新規混合アニオン酸化物の合成と機能開拓

1.チタンペロブスカイトのCaH2還元についての基礎的検討初年度に引き続き、酸素欠損を導入した酸化物のCaH2還元を検討し、前駆体へのわずかな量の酸素欠損の導入で、水素挿入量が大きく増大することを明らかにした。特に本年度は、時間に対する反応性を検討し、アレニウス式から反応の活性化エネルギーを見積もることで、酸素欠損の導入量と反応性との相関を議論した。これらの結果・考察をまとめた論文は、Inorganic Chemistry誌に掲載された。また、酸窒化物をCaH2で還元することで、水素-酸素アニオン交換反応における窒素種の影響を検討した。本成果はJ. Solid State Chem.誌に掲載された。2.新規酸フッ化物AgFeOF2の合成高圧合成法を用いることで、単純なペロブスカイト型構造を有する新規鉄酸フッ化物AgFe3+OF2の合成に成功した。AgFeOF2は既存のAFeO2F (A = Sr, Pb, Ba)と同様に擬立方晶の対称性を有する一方で、AFe3+O2FとはアニオンサイトのO/F比が異なるため、物性の差異をアニオン組成の観点から考察できる。室温での中性子回折の結果、AgFeOF2はG-typeの反強磁性体であることが確認され、磁気モーメントの温度に対するプロットから、ネール点は480 Kと見積もられた。この値はAFeO2F (A = Sr, Pb, Ba)と比べて大幅に小さく、その差は結合角や結合距離といった結晶構造の比較のみでは説明ができない。これはアニオン組成比(O/F比)の違いが、構造の差異よりも磁気相互作用に大きな影響を与えていることを示唆している。これらの結果・考察を論文にまとめ、Inorganic Chemistry誌に投稿中である。29年度が最終年度であるため、記入しない。1.チタン系ペロブスカイトにおけるアニオン交換反応先行研究では、酸水素化物のアンモニア気流処理によって、窒素-水素アニオン交換反応を実現し、(O,H,N)3種複合アニオン化合物を経由した酸窒化物の合成を報告した。本研究では酸窒化物を金属水素化物(CaH2)で還元することで、水素-酸素アニオン交換反応による(O,H,N)3種系の合成を試みた。その結果、わずかな量の窒素でも水素挿入量が劇的に減り、窒素の多い領域では交換反応が進行しないことが明らかとなった。様々な要因を考慮した結果、この現象は窒化物イオンの低い拡散能に由来する、すなわち速度論的因子の影響である可能性が高い。本成果は近日中にJ. Solid State Chem.誌に投稿する予定である。またその仮説、すなわちCaH2還元反応における速度因子の寄与を考慮すれば、アニオンの拡散能の向上がアニオン交換反応の促進をもたらすことが期待できる。そこで前駆体のアニオンサイトに意図的に酸素欠損を導入することで、水素挿入量の増大を狙った。その結果、わずかな酸素欠損の導入で、水素挿入量が大きく増大することがわかった。本成果に関する論文を現在執筆中である。2.新規鉄オキシカルコゲナイドBaFe2Se2Oの合成とその複合アニオン配位由来の磁性高温高圧法を用いることでtrans-FeO2Se4八面体を有する新規層状化合物BaFe2Se2Oの合成に成功した。本物質は低温で反強磁性を示し、そこでは正方格子上で隣り合うスピンどうしが直行した、大変ユニークな磁気構造(2-kモデル)を形成する。我々はtrans-FeO2Se4八面体の結晶場分裂こそが異方的なスピンの起源であり、その規則的な二次元集合が2-k磁気構造を形成することを示した。本成果はRhys. Rev. B誌に掲載された。当初の計画にあった酸窒化物における構造物性の研究に関しては、種々の測定法を駆使したものの、試料の表面状態や絶縁性の制御が困難なこともあり、期待していた成果は得られなかった。その一方で、複合アニオン酸化物における新規物質・機能開拓は計画以上に進展している。具体的には、酸窒化物および酸素欠損含有酸化物の金属水素化物処理とその詳細な解析によって、酸水素化物の生成過程における速度論的因子の寄与を指摘した。酸水素化物の合成は依然として挑戦的な課題であるが、一連の結果はその反応経路の設計に新たな指針を与えうる重要な成果である。また、高圧合成法を用いることで新規酸カルコゲナイドの合成に成功し、その特異な磁気構造が複合アニオン配位に由来することを示した。ほかにも、これまでにないアニオン組成比を有する酸フッ化物の合成に成功し、現在、配位子としての酸素とフッ素の違いが磁気相互作用に及ぼす影響を調べている。これらを総合的に考慮し、「おおむね順調に進展している」と判断した。

本成果はJ. Solid State Chem.誌に掲載された。2.新規酸フッ化物AgFeOF2の合成高圧合成法を用いることで、単純なペロブスカイト型構造を有する新規鉄酸フッ化物AgFe3+OF2の合成に成功した。AgFeOF2は既存のAFeO2F (A = Sr, Pb, Ba)と同様に擬立方晶の対称性を有する一方で、AFe3+O2FとはアニオンサイトのO/F比が異なるため、物性の差異をアニオン組成の観点から考察できる。室温での中性子回折の結果、AgFeOF2はG-typeの反強磁性体であることが確認され、磁気モーメントの温度に対するプロットから、ネール点は480 Kと見積もられた。この値はAFeO2F (A = Sr, Pb, Ba)と比べて大幅に小さく、その差は結合角や結合距離といった結晶構造の比較のみでは説明ができない。これはアニオン組成比(O/F比)の違いが、構造の差異よりも磁気相互作用に大きな影響を与えていることを示唆している。これらの結果・考察を論文にまとめ、Inorganic Chemistry誌に投稿中である。酸素欠損含有チタン酸化物のCaH2還元反応に関しては、一通りのデータは揃っており、現在論文を執筆中である。必要に応じて追加実験を行う。合成に成功した新規ペロブスカイト型鉄酸フッ化物においては、酸素とフッ素の配位秩序度についての興味深いデータをメスバウア分光実験から得ている。その詳細を明らかにするために、電子線回折実験を行う予定である。それらの結果を論文にまとめ発表する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
筋緊張と痛覚の制御におけるイミダゾリン受容体の役割について

主に中枢性降圧薬として臨床使用されているクロニジンは脳幹部のα_2アドレナリン受容体へ働き中枢性の降圧作用を示すとされてきたが、クロニジンがイミダゾリン受容体へも結合することが1980年代後半より明らかになった。本研究においては運動系と痛覚系におけるイミダゾリン受容体の役割を明らかにすることを目的とした。1.臨床使用されているチザニジンの筋弛緩作用は、従来考えられていたα_2アドレナリン受容体ではなくイミダゾリン受容体への作用によることがラットを用いた脊髄反射電位測定と行動レベルの実験により示された(平成12年度、13年度)。2.ddY系のマウスではチザニジンは筋弛緩を生じないので、チザニジンが筋弛緩を生じるマウスの系を探索した。調べた5種類の中でC57BL/6が筋弛緩を生じることを見出した。この筋弛緩作用にイミダゾリン受容体が関与することが示唆された(平成13年度)。3.クロニジンの鎮痛作用におけるイミダゾリン受容体の関与について探索した。クロニジンは熱刺激と機械刺激試験において鎮痛効果を示した。熱刺激試験における鎮痛作用の一部はα_2アドレナリン受容体刺激作用によっては説明できず、イミダゾリン受容体関与であることが示唆された(平成14年度)。イミダゾリン受容体はI_1、I_2、I_3のタイプがあるので、今後は上述の機能との関連を明らかにする必要がある。これらのタイプに選択的な薬物が利用可能となれば、イミダゾリン受容体の生体機能における役割、疾患との関連が明らかとなり、疾患治療に役立つことが期待される。クロニジンは脳幹部のα_2アドレナリン受容体へ働き血圧降下作用を示すが、α_2受容体以外の受容体、すなわちイミダゾリン受容体へも結合することが明らかとなっている。イミダゾリン類であるチザニジンは中枢性の筋弛緩作用と鎮痛作用を示し、臨床では抗痙縮薬として用いられており、その作用機序は中枢のα_2アドレナリン受容体への作用と考えられてきた。本研究においては、チザニジンの筋弛緩および痛覚作用におけるイミダゾリン受容体の関与の有無を調べ、運動系および痛覚系におけるイミダゾリン受容体の役割を明らかにすることを目的とした。平成12年度は運動系の緊張を定量的に評価する方法として、ラット脊髄反射電位を測定しチザニジンの反射抑制作用におけるイミダゾリン受容体の関与を研究した。ラットを麻酔し、腰仙部の脊髄を露出し、腰髄第5後根を刺激し、第5前根から単シナプス反射電位(MSR)と多シナプス反射電位(PSR)を導出した。脳と脊髄の連絡を絶つ場合は頚髄第1レベルで脊髄を切断し、脊髄ラットとした。薬物は静脈内投与した。脊髄を切断していないラットにおいて、チザニジンはMSRとPSRを抑制した。この抑制作用はα_2受容体は遮断するがイミダゾリン受容体は遮断しないヨヒンビンによっては拮抗されなかったが、α_2受容体に加えてイミダゾリン受容体も遮断するイダゾキサンにより拮抗された。脊髄ラットにおいてはチザニジンはMSRを抑制しないが、PSRを抑制した。このPSR抑制作用はヨヒンビンによっては拮抗されず、イダゾキサンによって拮抗された。以上より、脊髄ラットにおけるチザニジンのPSR抑制作用には脊髄のイミダゾリン受容体が関与していること、脊髄を切断していないラットにおけるMSR抑制作用は脊髄より上位の中枢のイミダゾリン受容体が関与することが示唆された。

クロニジンは脳幹部のα_2アドレナリン受容体へ働き血圧降下作用を示すが、α_2受容体以外の受容体であるイミダゾリン受容体へも結合することが明らかとなっている。イミダゾリン類であるチザニジンは中枢性の筋弛緩作用と鎮痛作用を示し、臨床では抗痙縮薬として用いられている。その作用機序は中枢のα_2アドレナリン受容体への作用と考えられてきた。本研究においては、チザニジンの筋弛緩および鎮痛作用におけるイミダゾリン受容体の関与の有無を調べ、運動系および痛覚系におけるイミダゾリン受容体の役割を明らかにすることを目的とした。平成12年度は運動系の緊張を定量的に評価する方法として、ラット脊髄反射電位を測定しチザニジンの反射抑制作用におけるイミダゾリン受容体の関与を研究した。本年度はチザニジンの中枢性筋弛緩作用において実際にイミダゾリン受容体が関与しているか否かを研究した。チザニジンはラット(Wistar)において筋弛緩作用を示したが、この筋弛緩作用はα_2アドレナリン受容体に選択的な拮抗薬ヨヒンビンによっては影響されず、α_2とイミダゾリン受容体に結合する拮抗薬であるイダゾキサンにより抑制された。マウス(ddy)においてはチザニジンは鎮痛作用は示すが筋弛緩は生じないとされていた。そこで、本研究では、5種類のマウス系統を用いて、チザニジンが筋弛緩作用を示す系を探索した。その結果、C57BLにおいて、チザニジンの筋弛緩作用が認められたが、この作用はヨヒンビンとイダゾキサンにより拮抗された。従って、ラットにおけるチザニジンの筋弛緩作用にはにはイミダゾリン受容体が関与することが示唆された。クロニジンは脳幹部のα_2アドレナリン受容体へ働き血圧降下作用を示すが,α_2アドレナリン受容体以外の受容体であるイミダゾリン受容体へも結合することが明らかとなっている.イミダゾリン類であるチザニジンは中枢性の筋弛緩作用と鎮痛作用を示し,臨床では抗痙縮薬として用いられている.その作用機序は中枢のα_2アドレナリン受容体への作用と考えられてきた.本研究においては,チザニジンの筋弛緩作用および鎮痛作用におけるイミダゾリン受容体の関与の有無を調べ,運動系および痛覚系におけるイミダゾリン受容体の役割を明らかにすることを目的とした.平成12年度は運動系の緊張を定量的に評価する方法として,ラット脊髄反射電位を測定しチザニジンの反射抑制作用におけるイミダゾリン受容体の関与を研究した.平成13年度はチザニジンの中枢性筋弛緩作用において実際にイミダゾリン受容体が関与しているか否かをラットおよびマウスの筋弛緩作用を定量的に評価し研究した.本年度はクロニジンの鎮痛作用におけるイミダゾリン受容体の関与について,マウスを用いた鎮痛試験を行い研究した.熱および圧刺激に対する侵害受容閾値はクロニジンにより上昇した.熱刺激に対する鎮痛作用はα_2アドレナリン受容体に選択的なヨヒンビンによって部分的に拮抗され,α_2アドレナリンおよびイミダゾリン受容体に親和性を示すイダゾキサンとエファロキサンにより完全に拮抗された.イミダゾリン受容体サブタイプはI_1,I_2,I_3が存在するが,エファロキサンはI_1受容体,イダゾキサンはI_2受容体への親和性が高いと報告されている.エファロキサンはイダゾキサンよりも強い拮抗作用を示した.圧刺激に対する鎮痛作用はヨヒンビン,イダゾキサン,エファロキサンのいずれによっても拮抗された.したがって,マウスの熱侵害に対するクロニジンの鎮痛作用にはα_2アドレナリン受容体に加えてイミダゾリン受容体が関与することが示された.