hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アルミニウム(Al)イオンストレスで誘導されるタバコ遺伝子群のクローニング

土壌中に大量に存在するAlは酸性土壌ではAl^<3+>イオンとなり、植物に対して生育阻害をもたらすことが知られている。これまで、Al障害については植物生理学的面からの解析はさかんに進められてきたが、分子遺伝学的面からの解析は、ほとんどなされていない。Al^<3+>イオンの添加によってその発現量が増加するような遺伝子産物は、Al耐性機構に関与している可能性があり、機構の解明につながると思われる。本研究ではまず、Al処理を行なったタバコ培養細胞よりmRNAを抽出精製し、これを用いてcDNAライブラリーを構築した。次に、この中よりdifferential screeningでAl処理で発現誘導がかかるcDNAクローン群の単離を試みた。その結果、5つの誘導型クローンを単離した。これらのクローンについてはノーザンハイブリダイゼーション法を用いて、Al処理によりmRNAレベルで誘導が確かに起こっていることを確認した。また、これらのクローンはリン酸欠乏処理によっても誘導されることも明らかになったので、api遺伝子群(aluminium and Pistrvation inducible genes)と命名することにした(apiA,apiB,apiC,apiD,apiE)。その中の1つ、apiAについては塩基配列を決定し、少なくとも塩基配列において相同性の非常に高い2つのサブクローン(apiA-1,apiA-2)が存在することを示した。なお推定される分子量は9.7Kdであった。現在、ほかの4クローンについても塩基配列を決定中である。
マオウ属植物の多様性の解析と種分類に関する調査研究

アジア,ヨーロッパ,アフリカなど計12カ国において海外学術調査を行ない,本研究で主目的としたEphedra distachya, E. sinicaなどを始めとする28分類群を入手した。これらの資料をもとに内部形態,含有アルカロイドなどに関する多様性を調査した結果,生育地の水分環境に大きな影響を受けている一方,栽培研究により,ある程度は遺伝的要因に依存していることも明らかになった。分類学的には学際的研究により,E. distachyaとE. sinicaは別分類群であることを解明した。マオウ科マオウ属植物Ephedraspp.は外部形態的な分類形質が少なく,かつ同一種においても生育地の環境によって大きく形態が変化するため,種分類が困難な一群である.一方,本属植物は重要漢方生薬「麻黄」の原植物であり,また西洋医学で喘息の治療薬とされるアルカロイドのエフェドリンephedrineを含有する重要な薬用植物である.本研究ではアジアを中心とした広範囲で本属植物を収集し,学際的研究により種内や属内での種々の要素の多様性の把握と多様性を生じる要因を解析し,その結果に基づき,混乱している種分類を再検討し,また資源保護や砂漠化防止にも寄与することを目的とする.なお,ここでいう学際的研究とは,生態学的研究,外部・内部形態学的研究,化学成分研究,DNA塩基配列研究,種分類学的研究である。多様性の解析にあたっては,外部・内部形態,アルカロイド含有量及び組成,DNA塩基配列を検討し,それらと生育環境との関連性をも調査する.申請者らは25年間にわたってマオウ属植物の調査研究を行ってきた.本計画はその集大成を目指すものである.アジア,ヨーロッパ,アフリカなど計12カ国において海外学術調査を行ない,本研究で主目的としたEphedra distachya, E. sinicaなどを始めとする28分類群を入手した。現地調査:当初の計画で予定した中国西部は,四川省における大地震や民族運動の影響で調査が困難になった。そこで,ヨーロッパにおいてEphedra distachyaを調査することにし,ドイツのカッセル大学教授のフライターク博士らの協力により,スイス,イタリア,スペインなどを調査し,また別にイギリスの各植物園が保有するマオウ属植物株の入手に務めた。その結果,スイスのシオンで野生のE.distachyaを採取し,またイギリスの植物園ではE.distachyaの他,E. chilensis, E. equisetina, E. fragilis, E. scoparia, E. nebrodensisなどの貴重な資料を入手し,現在DNAを比較解析中である。栽培研究:本学の薬用植物園における栽培研究で,従来E. sinicaの栽培品では低いとされてきたエフェドリン系アルカロイド含量が,ワグネルポットに川砂で植え付け,16分の1に薄めた人工海水を灌水することにより,日本薬局方で規定する0.7%を超えるアルカロイド含量を示すことを明らかにし,日本での本種栽培の道を開いた。また,入手できたE. chilensis, E. distachya, E. likiangensis, E. monospermaの種子を発芽させて,生株を得ることに成功し,今後の研究に備えることができた。多様性に関する研究:これまでに中国,モンゴル,ロシアで蒐集したE.sinicaの資料を用い,産地による内部形態とアルカロイド含量の相違を検討した結果,両者とも生育地の水分環境の違いによって変化することが明らかになった。このことから,従来,遺伝的要因に左右されると考えられてきた内部形態や含有成分が,生育地の環境にも大きく影響を受けていることが明らかになり,本属植物の形態的分類や化学的分類を再考する必要性があることを示唆した。現地調査:本年度はトルコ,中国の主として内蒙古自治区およびネパールで現地調査を行なった。トルコでは7月初旬にアンカラ大学の協力を得て,本研究の新資料となるEphedra distachya, E.majour, E.campylopodaの3分類群を採集した。中国内蒙古自治区では8月中旬に北京大学齢学院と共同で中央部北部のモンゴル国国境付近を調査し,E.sinica, E.equisetina, E.przewarskiiなどを調査採集し,E.sinicaの分布西限を明確にした。ネパールでは9月中旬に中部ネパールのゴーキョ谷近辺を調査し,果実期のE.gerardianaを21地点で採集し,この地域にはE.pachycladaが分布しないことを明らかにした。栽培研究:生育環境の違いとアルカロイド含量の相関を検討するまで,より信頼度の高い実験データを得るためにはクローン株を利用することが望ましい。そこで,本年度はとくに挿し木法によるクローン株増殖を検討した。これ迄の代表者らの研究では木質茎は比較的容易に発根するが,草質茎では困難であった。大量のクローン株を得るためには草質茎を使用することが有利であるので検討した結果,茎直径の太い株を使用すると発根率が高いことが明らかになったが,更なる検討が必要である。また,継続栽培しているE.sinica株が結実し,播種したところ発芽率が高いことがわかり,日本でも種子繁殖が可能であることが明らかになった。

多様性・種分類に関する研究:西部ネパールのカリガンダキ川上流域で採集したE.pachycladaと同定されてきた資料のDNA塩基配列を検討した結果,すべてE.intermediaとE.gerardianaの雑種由来であることを明らかにした。今後はその周辺に生育する植物を検討することにより,ネパールにおける本属植物の多様性が明らかになるものと期待される。なお,E.pachycladaの種分類に関しては,今後他国産の資料を検討するなどして分類学的な位置を検討する必要がある。22年度の成果海外調査:6月21日7月4日に,エジプトを訪問し,カイロ大学のAhmed Hammed Hassan El Desoky博士の協力を得て,北部の地中海沿岸,カイロ市内の植物園などで調査し,Ephedra aphylla,E.pachycladaなどを採集した。帰国後の研究で,E.pachycladaはDNA解析により独立種として確認されるとともに,従来報告されてきたネパール産E.pachydadaについては本種ではなく,E.gerardianaとE.intermediaとの雑種起源であることが確証された(植物研究雑誌に投稿中)。また,化学的研究により,E.aphyllaはエフェドリン型アルカロイドを含有しないことが確認された。次いで,7月18日7月30日に中国の内蒙古自治区を訪問し,E.sinica,E.intermedia,E.przewarskiiなどの生育状況を調査した。本研究調査の1目的としてE.sinicaとE.intermediaの分布境界を明確にすることがあり,本件については1月24日に北京の中国科学院植物研究所の所蔵標本をも調査したが,現時点では明確な結論は得られておらず,継続して調査する必要がある。また,本来ステップと沙漠で棲み分けているはずのE.sinicaとE.przewarskiiが同所的に生育する興味深い場所が見つかり,現在含有アルカロイドなどを詳細に検討中である。その他:これまでの調査でマオウ属植物中のアルカロイド含量は量的にも質的にも水分など生育環境に大きく影響を受けていることが明らかになったことから,この現象を実験科学的に証明するために本学薬用植物において栽培実験を始めた。実験には多数の同種株やクローン株を必要とするため,種子生産法や挿し木法による増殖研究を行った結果,これまで野外では結実しなかったが,ハウス内で栽培することにより大量の発芽可能種子が得られることが明らかになった。また,これまで困難であった草質茎の挿し木では,直径が太い茎が有利であることなどが明らかになった(一部を日本薬学会総会で発表)。当該年度のマオウ属植物(Ephedra)に関する海外学術調査は,6月27日7月5日に中国の新疆省和田及びウルムチ,9月13日9月22日にフランス南部で行なった。また,別にアメリカ在住の研究者に依頼して,北アメリカ産のマオウ属植物を採集した。中国新疆省では,北京大学及び新疆大学の協力を得て崑崙山脈の北面を調査し,乾燥地帯でEphedra intermediaを採集し,ウルムチでは天池周辺で同種とE. equisetinaを採集した。
メソポアおよび高次構造制御による超高感度半導体ガスセンサの設計

近年、環境やアメニティの観点から、有害ガス、環境汚染ガス、揮発性有機化合物(VOC)、におい(悪臭)成分などを高感度・高選択的に検知できるセンサが求められている。半導体ガスセンサは家庭用のガス漏れ警報機として実用化されているが、上記のガスは一般にppmppbレベルの極低濃度の検知が求められており、飛躍的な感度の向上が必要である。本研究では、被検ガスの拡散と反応を考慮した反応・拡散方程式に基づく理論的な研究によって、高感度化には被検ガスの感応体(膜)内への拡散が容易な微細構造の制御が必要であり、次の3点が特に重要であることを明らかにした。(1)クヌーセン拡散と表面反応が拮抗するメソポアの制御(2)メソポアを有する二次粒子径の制御(3)ガス拡散が容易なマクロポアの制御主に、SnO_2を用いて、メソポア構造および二次粒子径の制御のための検討を行ったところ、(1)水熱処理に用いるスズ酸沈殿の調製法と水熱処理条件を工夫すれば、従来得られていた酸化スズゾルの粒子径を6nmから約12nmまで増加できることを見出した。すなわち、一次粒子径の制御がある程度可能であることを明らかにした。(2)当電点の差を利用したpH制御によって、直径1100μmのSiO_2球状粒子上にSnO_2を薄く被覆できることを見出し、これを集積すればマクロポアを有する感応体を調製できることがわかった。(3)ポリエチレングリコール等の有機物を酸化スズゾルに混合してスピンコートすれば、焼成過程での有機物の酸化反応によって比較的大きなポアを導入できることを明らかにした。また、WO_3を用いた検討では、イオン交換法によって酸化タングステンゾルが調製可能なこと、および粒子形状を遠心分離処理や超音波処理によって制御可能であることを見出すとともに、形状を制御した粒子からなるセンサは、NO_2に対して非常に高い感度を示すことを明らかにした。本年度は、反応拡散方程式を用いて半導体ガスセンサの応答特性を解析するとともに、メソポア構造およびマクロポア構造の最適化の検討をそれぞれ並行して行ない、それぞれの検討から得られる知見を交換・統合してメソポアおよび高次構造を可能にする手法の開発を行なうことを目的とした。1.反応拡散方程式に基づくセンサ応答特性の解析反応拡散方程式を半導体ガスセンサの解析に適用し、次の知見を得た。(1)薄膜型センサの応答感度は、膜厚(L)、拡散係数(D)および反応速度定数(k)に大きく依存する。(2)高感度化には、薄膜化およびガス拡散に有利なラージポアの導入が有効である。(3)上記2つの知見は、焼結体型センサにも適用可能である。2.メソポア構造(1次粒子径)の制御とメソポアをもつ2次粒子径の制御これまで、水熱処理酸化スズゾルは、四塩化スズを炭酸水素アンモニウムを用いて加水分解して得たゲルによってのみ調製可能であったが、今回スズ酸ナトリウムを出発原料に用いて硝酸で処理することによって得たゲルでも水熱処理によってゾル化できることを見出した。しかも、スズ酸ナトリウムを出発原料に用いれば、粒子径を従来法の半分(3nm)程度にできることを見出し、焼結過程での粒子成長抑制効果がさらに顕著になることがわかった。すなわち、出発原料の選択によって一次粒子径をある程度コントロールできることがわかった。3.マクロポア構造の制御

エチレングリコールおよびポリエチレングリコールを増粘剤として用い、スピンコート用酸化スズゾルに添加することで、焼結過程における燃焼を利用する方法で高次構造の制御を試みた。その結果、エチレングリコールおよびポリエチレングリコールを添加したスピンコート溶液でも50nm80nm程度の膜厚で酸化スズ薄膜を作成できることがわかった。近年、環境やアメニティの観点から、有害ガス、環境汚染ガス、揮発性有機化合物(VOC)、におい(悪臭)成分などを高感度・高選択的に検知できるセンサが求められている。半導体ガスセンサは家庭用のガス漏れ警報機として実用化されているが、上記のガスは一般にppmppbレベルの極低濃度の検知が求められており、飛躍的な感度の向上が必要である。本研究では、被検ガスの拡散と反応を考慮した反応・拡散方程式に基づく理論的な研究によって、高感度化には被検ガスの感応体(膜)内への拡散が容易な微細構造の制御が必要であり、次の3点が特に重要であることを明らかにした。(1)クヌーセン拡散と表面反応が拮抗するメソポアの制御(2)メソポアを有する二次粒子径の制御(3)ガス拡散が容易なマクロポアの制御主に、SnO_2を用いて、メソポア構造および二次粒子径の制御のための検討を行ったところ、(1)水熱処理に用いるスズ酸沈殿の調製法と水熱処理条件を工夫すれば、従来得られていた酸化スズゾルの粒子径を6nmから約12nmまで増加できることを見出した。すなわち、一次粒子径の制御がある程度可能であることを明らかにした。2)当電点の差を利用したpH制御によって、直径1100μmのSiO_2球状粒子上にSnO_2を薄く被覆できることを見出し、これを集積すればマクロポアを有する感応体を調製できることがわかった。(3)ポリエチレングリコール等の有機物を酸化スズゾルに混合してスピンコートすれば、焼成過程での有機物の酸化反応によって比較的大きなポアを導入できることを明らかにした。また、WO_3を用いた検討では、イオン交換法によって酸化タングステンゾルが調製可能なこと、および粒子形状を遠心分離処理や超音波処理によって制御可能であることを見出すとともに、形状を制御した粒子からなるセンサは、NO_2に対して非常に高い感度を示すことを明らかにした。
心室と動脈系の整合における交感神経および迷走神経性の循環調節の役割の検討

心臓は生涯休むこと無く収縮を繰り返し、その間に消費されるエネルギーは莫大な量に達する。健常な個体においては、心臓自身のエネルギー効率はほぼ最大に維持されていることが知られている。しかしその機序は明かでない。そこで我々は自律神経による循環調節に注目し、これらの神経系が心臓の収縮効率にどのような影響を及ぼすか検討した。初年時は交感神経の心臓の収縮効率に及ぼす作用を検討した。雑種成犬を麻酔し頸動脈洞を単離した。迷走神経は切断した。頸動脈洞にサーボポンプを接続し、圧反射を介しての交感神経の心臓作用を解析した。頸動脈洞をガウス白色雑音で変化させ、各心拍毎の収縮末期エラスタンス(Ees)および実効動脈エラスタンス(Ea)を推定した。頸動脈洞圧を入力、EesおよびEaを出力とみなし、その間の伝達特性を評価した。その結果、両者の伝達特性は極めて類似していることが示された。このことより、交感神経を介した循環調節は心臓の収縮効率を高く保つことが示された。2年次は迷走神経の収縮効率に及ぼす作用を検討した。家兎を麻酔し迷走神経を切断した。交感神経を介しての反射を取り除くために、両側の星状神経節を切断した。迷走神経の遠位端を不規則に電気刺激し、その時の大動脈圧、左室圧および心室容積を記録した。一心拍毎に左室のEesおよびEaを求め、迷走神経刺激からEesおよびEaまでの伝達特性を求めた。両者の伝達特性は極めて類似しており、心室駆出のエネルギー効率は亜最大値に保たれることが示された。心収縮の効率を維持するためには心室の収縮末期エラスタンス、血管抵抗および心拍数を整合させながら調節する必要がある。交感神経あるいは迷走神経を介した循環調節の何れも、これらの3者を合理的に変化させていることが明らかになった。迷走神経は切断した。現在のところ、どのような機序は明かでない。そこで本研究は自律神経による循環調節に注目し、これらの神経系が心臓の収縮効率にどのような影響を及ぼすか検討する。雑種成犬を麻酔し頚動脈洞を単離した。迷走神経は切断した。頚動脈洞にサーボポンプを接続し、圧反射を介しての交感神経の心臓作用を解析した。頚動脈洞をガウス白色雑音で変化させ、大動脈圧、左室圧、大動脈血流を記録した。大動脈血流と心室圧より各心拍毎の収縮末期エラスタンスを算出した。同様に収縮末期圧と一回駆出量の比から各心拍毎の実効動脈エラスタンスを推定した。頚動脈洞圧を入力、収縮末期エラスタンスおよび実効動脈エラスタンスを出力とみなし、入出力間のクロススペクトルおよび各々のパワースペクトルを求める。クロススペクトルおよび入力のパワースペクトルの比より、システムの線形応答を伝達特性を伝達特性で評価した。その結果、線形応答部分のみでも心室のエネルギー効率は亜最大値に保たれることが明らかになった。非線形応答を考慮するとさらに神経制御による心臓の効率は高まるものと思われた。

心収縮の効率を維持するためには心室の収縮末期エラスタンス、血管抵抗および心拍数を整合させながら調節する必要があり、交感神経を介した循環調節はこれらの3者を合理的に変化させていることが明らかになった。心臓は生涯休むこと無く収縮を繰り返し、その間に消費されるエネルギーは莫大な量に達する。健常な個体においては、心臓自身のエネルギー効率はほぼ最大に維持されていることが知られている。しかしながらその機序は明かでない。そこで我々は自律神経による循環調節に注目し、これらの神経系が心臓の収縮効率にどのような影響を及ぼすか検討した。2年次は迷走神経の心臓の収縮効率に及ぼす作用を検討した。家兎を麻酔し迷走神経を切断した。交感神経を介しての反射を取り除くために、両側の星状神経節を切断した。迷走神経の遠位端をガウス白色雑音で周波数変調された時系列を用い電気刺激し、その時の大動脈圧および左室圧を記録した。特別に開発したコンダクタンスカテーテルを用い、左心室の瞬時容積を記録した。左室の圧容積関係から、左室の収縮末期エラスタンスおよび動脈の実効エラスタンスを一心拍毎に求めた。迷走神経の刺激周波数を入力、収縮末期エラスタンスおよび実効動脈エラスタンスを出力とみなし、それぞれの応答を伝達特性で評価した。その結果、迷走神経を介しての心室と動脈系の伝達特性は遮断周波数等極めて類似していることが明らかになった。両者の応答が類似していることから心室の駆出のエネルギー効率は調節がおきる過渡状態においても亜最大値に保たれることが示された。心収縮の効率を維持するためには心室の収縮末期エラスタンス、血管抵抗および心拍数を整合させながら調節する必要があり、迷走神経を介した循環調節はこれらの3者を合理的に変化させていることが明らかになった。
ゼオライト薄膜に固定化した分子サイズ光触媒の極微構造と反応のダイナミクス

ゼオライトやメソポーラスシリカなどの多孔性シリカマトリックスに組み込んだ分子サイズ光触媒(シングルサイト光触媒)はユニークな極微構造、励起状態、光誘起反応性を示す。前年度までに、シングルサイト光触媒を薄膜化することで、粉体にはないユニークな光機能性が発現することを見出してきた。本年度は、新たな光触媒活性種を組み込んだメソポーラスシリカ薄膜の調製、シングルサイト光触媒と光析出法を組み合わしたナノ金属触媒の新しい調製法の開発、ナノ金属のプラズモン特性を利用した色素発光の改質、を検討した。1.新たな光触媒活性種を組み込んだメソポーラスシリカ薄膜の調製メソポーラスシリカ薄膜に4配位Ti種を組み込むことで、超親水性表面が構築できる。4配位W種を組み込むことでさらに性能向上すること、4配位Cr種を組み込むことで可視光応答性が発現することを、新たに見出した。2.シングルサイト光触媒と光析出法を組み合わしたナノ金属触媒の新しい調製法の開発シングルサイト光触媒と光析出法を組み合わすことで、簡単に粒子径を制御したナノ金属・合金触媒が調製できる新手法を開発した。Ti含有ゼオライトに析出したナノPd金属およびPd-Au合金触媒は水素と酸素からの過酸化水素の合成およびフェノールの選択酸化反応に有効であることを見出した。3.ナノ金属のプラズモン特性を利用した色素発光の改質シングルサイト光触媒含有メソポーラスシリカ薄膜に光析出法でナノ金属を固定化し、このプラズモン特性を利用することで、共存色素の発光特性を改質できることを新たに見出した。ゼオライトやメソポーラスシリカの細孔や骨格に孤立状態で固定化された酸化チタン種は従来の半導体酸化チタン光触媒とは、サイズ、配位構造、光励起状態が全く異なり、各種の光触媒反応に対して高活性高選択性を示す。本研究では、薄膜状に調製したゼオライトとメソポーラスシリカに固定化された分子サイズの酸化チタン光触媒(四配位酸化チタン種)の光励起作用状態での極微構造と反応のダイナミクスをin-situでの放射光XAFSおよびフォトルミネッセンス測定を中心に解明した。特にフォトルミネッセンス測定では時間分解解析を行う。高度な表面解析には薄膜試料が有用であるが、分子サイズ酸化チタンを固定化した薄膜ゼオライトの合成と光照射下でのin-situ計測を試みた。透明なゼオライト・メソポーラス薄膜を合成し、CVD法、イオン交換法、原子層析出法などにより、分子サイズの酸化チタン光触媒をゼオライト種の骨格または細孔内に固定化した。オレフィンの光エポキシ化やポリマー合成に対する光触媒特性の評価を行った。放射光XAFSを利用して、固定化された分子サイズ酸化チタン光触媒の暗状態および光照射下での局所構造についてin-situ状態での測定解析を行った。また、光触媒の光励起状態のダイナミックな変化を観測するためにin-situ状態でのフォトルミネッセンス観測と時間分解測定を行った。ゼオライト種の細孔のサイズと構造および表面化学特性、反応物質の存在、光照射の影響で変化する光触媒種の配位構造のダイナミクスを観察した。
朝日新聞CD-ROMを用いた文法研究

(1)朝日新聞のCD-ROMの他に、毎日新聞・日本経済新聞のCD-ROMを購入した。(2)CD-ROMに記録されているすべての文字情報を抽出してハードディスクに格納するプログラムを作成した。朝日新聞と日本経済新聞については処理が終わり、総合計で約1.5ギガバイトの分量になった。毎日新聞も追加すれば、さらに0.6ギガバイト程度増えるものと予想される。(3)実際の情報抽出のために、パソコンを1台購入した。(4)朝日新聞・日経新聞のそれぞれを検索するプログラムを開発した。(5)実際に問題となる語例を検索した。最近、耳にするようになったことばの一部に漢語サ変動詞、たとえば、「元気する」や「青春する」などがある。これらについて新聞を検索し、実例を収集することができた。日経の実例を以下に示す【90.3.19本紙地経面西部朝刊社会面】小森和子さん(80)の「いま、青春しています」と題した講演をはじめ、このように、新聞を検索することによって、新しい用法がどのくらい確立されてきているかを確認することができる。他にも、多くの漢語サ変動詞化現象を確認することができた。
感覚組織形成に働く接着力と表面張力を制御する細胞間シグナルの解明

身体の中の組織がつくられる過程では、異なる種類の細胞がそれぞれの接着力や張力の違いといった物理的な性質の違いによって、自ら動いて並ぶことで機能的な組織を作ります。私は細胞ごとの接着性の違いによって、細胞が自らモザイク様に並ぶ新しい選別現象を見出し、組織形成の基本原理として働くだけでなく、疾患と関わることも示してきました。しかし、細胞の選別現象を単一細胞レベルで予測、再現し、操作するために必要な数理モデルは存在しません。本研究では新しい数理モデルを構築することで、組織形成に必要な細胞の動きを制御する基本原理の理解を目指します。
放射線照射後早期のＰＥＴトレーサーの一過性の腫瘍集積亢進の分子メカニズムの解明

肺がん由来細胞株でのPETトレーサー取込み寄与度は,細胞株間で大きな違いが見られ,これまで報告されていない現象があることが明らかとなった。放射線照射後の取込みの評価から新たなPETトレーサーの解析も合わせて必要と考えられた。既報のシステイン誘導体より安定な構造を有すると予想される誘導体のPETトレーサー開発を行った。X線照射後に一過性にPETトレーサーの取込みが亢進に関与している経路の探索のために,メタボローム解析を行った。AIB投与照射群では,他群に比べ解糖系の代謝物の一部で上昇が見られた。今後,トランスクリプトーム解析などの網羅的解析も加えて,統合的な解析を進めることが必要である。8種の肺がん由来細胞株での非天然アミノ酸PETトレーサーであるAIB及びMeAIBの取込みの評価をin vitro及びin vivoで行った。この細胞株でのアミノ酸トランスポーターシステムL、ASC、Aを構成する5種のトランスポーターのRT-PCR及びウエスタンブロットも行った。AIBは、アミノ酸トランスポーターシステムA以外にアミノ酸トランスポーターシステムLとアミノ酸トランスポーターシステムASCでも取込まれることから、アミノ酸トランスポーターシステムの阻害剤による競合阻害実験の結果から、それぞれの細胞株における寄与度も評価した。細胞株かんで、かなり寄与度に違いがあり、従来考えられていたようにAIBが主にアミノ酸トランスポーターシステムで取込まれるというのは、必ずしもすべてのがん細胞で認められる現象ではないことが明らかとなった。AIBとMeAIBの取込みとアミノ酸トランスポーターの発現またはアミノ酸トランスポーターシステムの寄与度との相関解析を行った。また放射線照射後の経時的なAIBの取込みの評価もin vitro及びin vivoで行った。どちらもでも一過性の取込み上昇が認められたが、そのタイムポイントは大きく異なっていた。in vitroとin vivoでの実験でそれぞれ適したタイムポイントでの実験が必要ということがわかった。一部の細胞株の放射線感受性についてもin vitro及びin vivoで評価した。当初計画よりも多い細胞株での非天然アミノ酸PETトレーサーの取込み評価を行ったため、すべての細胞株での評価は実施できていないため、放射線照射後の取込みと放射線感受性の相関解析は、翌年度に実施することを計画している。計画よりも多い細胞株での評価を行ったため、一部の細胞株でしかすべての項目の評価が終わっていない。前年度までに8種の肺がん由来細胞株での非天然アミノ酸PETトレーサーであるAIB及びMeAIBの取込みの評価をin vitro及びin vivoで行い、アミノ酸トランスポーターシステムの阻害剤による競合阻害実験の結果から、従来考えられていたようにAIBが主にアミノ酸トランスポーターシステムAで取込まれるというのは、必ずしもすべてのがん細胞で認められる現象ではないことが明らかとなった。また、放射線照射後の経時的なAIBの取込みの評価もin vitro及びin vivoで行ったところ、どちらでも一過性の取込み上昇が認められたが、そのタイムポイントは大きく異なっていた。in vitroとin vivoでの実験でそれぞれ適したタイムポイントでの実験が必要ということが明らかとなった。アミノ酸トランスポーターシステムAのPETトレーサーだけでは、本研究の目的は達成できないと判断し、他のアミノ酸トランスポーターシステムで取込まれるPETトレーサーの解析も合わせて必要と考えた。そこで、まずアミノ酸トランスポーターシステムLで輸送されることが報告されているシステイン誘導体が候補としてあるが、本研究には生体内での代謝安定性が必要なことから、より安定な構造を有すると予想される誘導体のPETトレーサー開発を行った。放射性合成法を確立し、PETイメージングを行ったところ、腫瘍集積は同程度だが、正常臓器への取込みが、元の誘導体と大きく異なることが明らかとなった。代謝分析の結果、元の誘導体よりも代謝安定であることが示された。しかし、体内動態の違いは、代謝安定性だけでは説明できないと考えられた。そこで、来年度以降に責任トランスポーターの決定を行う計画である。新しく開発したPETトレーサーの体内動態が予想と大きく異なったことから、その取込み機序の解析が新たに必要となった。前年度までに8種の肺がん由来細胞株での非天然アミノ酸PETトレーサーであるAIB及びMeAIBの取込みの評価を実施し,競合阻害実験の結果から,従来考えられていたようにAIBが主にアミノ酸トランスポーターシステムAで取込まれるということは,必ずしもすべてのがん細胞で認められる現象ではないことが明らかとなった。また,放射線照射後の経時的なAIBの取込みの評価をin vitro及びin vivoで行ったところ,どちらもでも一過性の取込み上昇が認められたが,そのタイムポイントは大きく異なっていた。in vivoモデルでの一過性の取り込み亢進に適したタイムポイントを決定することができた。そこで,一過性にPETトレーサーの取り込みが亢進に関与している分子あるいは経路の探索のために,担がんマウスにAIBを投与し,X線を腫瘍部分に照射し,メタボローム解析を行った。対照群として,saline投与群と未照射群を設定した。メタボローム解析では,陰イオン性代謝物237種類,陽イオン性代謝物270種類,投与したAIBの解析を行った。AIB投与群では,照射群および未照射群ともに20倍以上に濃度が上昇していた。AIB投与照射群では,saline投与群,AIB投与未照射群,saline投与照射群に比べ,解糖系の代謝物の一部で上昇が見られた。FDGの取り込みも一過性に亢進することから,解糖系が関与している可能性はあるが,AIBなどの取り込み亢進にどのように関与しているかは現時点では不明である。

今後,トランスクリプトーム解析やプロテオーム解析などの網羅的解析も加えて,統合的な解析を進めることが必要ということが明らかとなった。肺がん由来細胞株でのPETトレーサー取込み寄与度は,細胞株間で大きな違いが見られ,これまで報告されていない現象があることが明らかとなった。放射線照射後の取込みの評価から新たなPETトレーサーの解析も合わせて必要と考えられた。既報のシステイン誘導体より安定な構造を有すると予想される誘導体のPETトレーサー開発を行った。X線照射後に一過性にPETトレーサーの取込みが亢進に関与している経路の探索のために,メタボローム解析を行った。AIB投与照射群では,他群に比べ解糖系の代謝物の一部で上昇が見られた。今後,トランスクリプトーム解析などの網羅的解析も加えて,統合的な解析を進めることが必要である。放射線照射後の取込みを評価できていない細胞株について評価を実施する。その後、放射線照射後の一過性の取込み亢進に関わっている分子のスクリーニング解析に進む計画である。新しく開発したPETトレーサーの体内動態が予想と大きく異なったことから、その取込み機序の解析が新たに必要となったことから、当初計画とは違う実験を新たに組むこととする。核医学当初計画よりも多い細胞株で研究を開始したため、一部の細胞株でしかすべての評価項目が終わらなかったため。新たに開発したPETトレーサーが予想と異なる体内動態を示したため、その取込み機序の解析が必要となったため。翌年度に実施する予定である。新たに開発したPETトレーサーの取込み機序の解析に使用する。
抵抗力・摩擦力・電磁場が効く日常の物理現象を解明するICT基盤授業法の開発

日常的に目の当たりにする現象は、抵抗力・摩擦力・電磁場の効いているものが多い。不思議でかつ興味深い現象の多くはこれらに起因している。しかし、それらの理屈や実験・解析は一般には複雑で、教育の場では採り上げ難い。そこで、抵抗力等を無視できるような現象についての能動的学習(Active Learning)型授業法の研究はこれまでも行われてきているが、それを日常の現象へ拡充できないか検討した。その際、ICT (Information and Communication Technology)機器を有効に活用することで、学習者が感じる敷居を十分に下げることが可能であると考えた。研究は、授業・講義の中で学習者に辿ってもらう論理を丁寧になぞることで進めた。具体的には、運動物体の観察を起点とし、先行研究のレビュー、ICT機器を用いた解析、実験や理論へフィードバックという流れおよび内容について1つ1つ確認し、現象へのアプローチ手法の選定とスマートな理解の構築について考察していくことにした。検討対象としては、条件が整うと逆立ちして回転する逆立ちごまの運動について重きを置いた。その結果、初期条件を適当に変化させた際の運動を観察し、先行研究で解析されていた理論がそれを再現していることをラフに確認できた。また、逆立つ条件について、近似的ではあるが本質部分の数値計算をフォローできた。さらにICT機器による実験データをスムーズにストレージし解析できるようなネットワーク環境を構築し、逆立ちごまの解析に必要な知識を補う実験を、大学の基礎実験において部分的に実践した。一方、理論の理解不足のためICT機器による解析が不充分で、実験・理論へフィードバックが満足にできていない。今後は、認知心理学の知識を深めることと並行し、それに基づいた能動学習型授業法への昇華を見据えた進展および他の現象の開拓を目指したい。
VII型コラーゲン遺伝子の発現調節機構に関する研究:栄養障害型表皮水疱症の病態解明及び治療への応用

VII型コラーゲンはanchoring fibrilの主要構成成分であり,皮膚基底膜と真皮との結合を強固にする。従ってVII型コラーゲン遺伝子(COL7A1)の変異は全身の皮膚粘膜に水疱を生じる栄養障害型表皮水疱症(DEB)を発症させる。1)皮膚線維芽細胞のCOL7A1はサイトカイン(TGF-β,TNF-α及びIL-1β)により発現が促進するが,表皮角化細胞におけるCOL7A1発現調節機構は不明である。そこで,ノーザンブロット法により解析した結果,TNF-α及びIL-1βは表皮角化細胞のCOL7A1の発現を抑制していた。一方,TGF-βは既報の如く発現を促進した。これらの結果からTNF-α及びIL-1βによるCOL7A1の発現調節機構は細胞特異的であることが示された。2)TNF-α及びIL-1βによる皮膚線維芽細胞におけるCOL7A1の転写調節機構を明らかにする目的で,COL7A1プロモーター領域の5'側を順次欠失させたルシフェラーゼベクターを調製してルシフェラーゼアッセイ法を行い,次いで各サイトカイン応答配列をプローブとしたゲルシフトアッセイ法を行った。その結果,TNF-αはRelA(p65)のホモダイマーがプロモーター領域の応答配列に結合して転写レベルで発現を促進していた。また,TGF-βとの間には相加作用も認めた。一方,IL-1βはNF-κBがエンハンサーのNF-κB結合領域,AP-1がサプレッサーのAP-1結合領域に結合して発現を転写レベルで促進していた。3)DEBはCOL7A1の変異によって生じる遺伝性皮膚疾患である。これまで100以上もの遺伝子変異が報告され,各変異はexon或いはexon-intron borderに認められる。しかしながら,プロモーター領域の変異は報告されていない。そこでプロモーター領域の変異を検索するため,以前PCR法及びheteroduplex analysisによって全く変異の検出されなかったDBE患者COL7A1を再スクリーニングした。その結果,全118exonとintron及びプロモーター領域の塩基配列をdirect sequencerで解析した結果,プロモーター領域に変異は認めなかったが,新規の遺伝子変異7687-6 C→Tが新たに同定された。1)COL7A1プロモーター領域のクローニング及びCOL7A1ルシフェラーゼベクターの調整既に申請者が調整し,各実験に用いていたCOL7A1プロモーター領域(-722/+92)よりも更に上流領域を含むクローンを得るため,ヒトgenomic DNAライブラリーを用いてスクリーニングを行った。その結果-2903を5'末端とするクローンを得て,これをインサートとしたCOL7A1ルシフェラーゼベクターを調整した。またこのベクターを用いて様々なサイズのdeletion mutantも調整した。2)各種サイトカインによるCOL7A1の発現調節機構の解析上記ベクターを用いたルシフェラーゼアッセイ法とゲルシフト法から再度COL7A1のプロモーター領域を詳細に解析した。その結果以下のことが明らかになった。(1)TGF-β及びTNF-αによる転写調節:ヒト皮膚線維芽細胞をTGF-β及びTNF-αで刺激すると,Smad3,Smad4及びNF-κBがそれぞれ誘導される。

これらはそれぞれのCOL7A1プロモーター領域の各応答配列に結合し,しかも相加効果を有しながらCOL7A1の発現を促進することを明らかにした。また新たに,TNF-αによってCOL7A1の発現を抑制するサプレッサーとしての応答配列を見出した。(2)IL-1βによる転写調節:今回新たにサイトカインIL-1βがAP-1を誘導し,これがCOL7A1のIL-1β応答配列に結合し,プロモーターレベルでCOL7A1の発現を促進することを明らかにした。1)TNF-α及びIL-1βによる表皮角化細胞のCOL7A1発現調節機構の解析:これまで不明であったTNF-α及びIL-1βによる表皮角化細胞のCOL7A1発現調節をノーザンブロット法で検索した。その結果,両サイトカインともCOL7A1の発現を抑制しており,皮膚線維芽細胞の場合とは全く異なる機構の存在が示唆された。2)IL-1βによる皮膚線維芽細胞のCOL7A1転写調節機構の解析:未だ詳細が不明な,IL-1βによる皮膚線維芽細胞のCOL7A1転写調節機構を解析した結果,プロモーター領域に存在するNF-κB結合領域がエンハンサー,AP-1結合領域がサプレッサーであることが更に明らかになった。3)COL7A1の組織特異的発現調節機構の解析:申請者らが新たに調製したCOL7A1プロモーター領域(-1804+92)のルシフェラーゼベクターを表皮角化細胞及び皮膚線維芽細胞にトランスフェクトして,組織特異的な転写調節領域の同定を試みた。その結果,両者とも既報のSP-1結合部位以外検出されず,明らかな組織特異的転写調節機構の存在は見出されなかった。4)栄養障害型表皮水疱症患者のCOL7A1プロモーター領域における変異の解析:PCR法による(各エクソン及びイントロン)増幅,heteroduplex analysisによる変異存在領域の決定及びこの領域のauto-sequencerによる変異の同定によって解析を行っても,全く変異の検出されない症例が存在した。そこで解析を行っていないCOL7A1プロモーター領域の変異を解析した結果,何れの症例においてもプロモーター領域には変異が検出されず,heteroduplex analysisの検出限界及びCOL7A1とは別の原因遺伝子の存在が考えられた。またこれらの症例の全塩基配列をauto-sequencerで解析した結果,新規の遺伝子変異7687-6 C→Tがみつかった。5)表皮角化細胞へのCOL7A1導入:栄養障害型表皮水疱症の遺伝子治療の開発のため,遺伝子を効率よく導入する条件を検討し,naked DNA法が最も良い方法であることを見出した。次いで,この方法でヒトCOL7A1 cDNAをラット皮膚に導入したところ,導入24時間後には表皮角化細胞にVII型コラーゲンの発現を認め,1週間後には発現されたVII型コラーゲンが基底膜領域に移動し,VII型コラーゲンを主要構成成分とする基底膜領域のアンカーリングフィブリルの形成が示唆された。
ニューロエピジェネティカルな制御による高次脳機能の発現機構

神経細胞分化過程での神経特異的遺伝子の発現誘導に重要なDNAトポイソメラーゼIIβ(top2b)に着目し,その個体レベルでの解析をモデル生物メダカを用いて行なった.メダカTop2b遺伝子のノックアウトを行うため,ガイドRNAを設計し,受精卵へのマイクロインジェクションを行なった.3日胚でT7endonuclease assayにより切断効率を確認した.その後,マイクロインジェクションを行なった個体を1 cm以上になるまで育てて,尾びれを用いてgenotypingを行うことによりG0個体の作成,選択を行なった.得られたG0個体に野生体を掛け合わせることによりF1ヘテロ変異体を作出した.得られたF1ヘテロ変異体の変異領域をPCRで増幅し,クローニングを行なった.得られたクローンのinsertをcolony PCRで増幅し,どのような変異が入っているかを調べた.その結果,修復のされ方の違いにより同じG0の個体から異なる変異をもった個体が得られたことが分かった.それぞれの変異個体を見分けるオリゴDNAを設計し,以後PCRによる変異個体の選択に用いた.変異個体を選択,維持しながら野生体を掛け合わせることにより,F3変異体を作出した.その過程で,ヘテロ変異体同士を掛け合わせたが,ホモ変異体は得られなかった.作出されたF3ヘテロ変異体のうち,Top2b活性中心に変異を導入し,frame-shiftにより,途中までの配列しかないヘテロ変異体の全脳のRNA-seq解析を実施した.得られた結果を解析中である.おおむね計画どおりに進んでいる.他の変異個体もRNA-seq解析を行い,行うべき行動実験を選択する.神経細胞分化過程での神経特異的遺伝子の発現誘導に重要なDNAトポイソメラーゼIIβ(top2b)に着目し,その個体レベルでの解析をモデル生物メダカを用いて行なった.メダカTop2b遺伝子のノックアウトを行うため,ガイドRNAを設計し,受精卵へのマイクロインジェクションを行なった.3日胚でT7endonuclease assayにより切断効率を確認した.その後,マイクロインジェクションを行なった個体を1 cm以上になるまで育てて,尾びれを用いてgenotypingを行うことによりG0個体の作成,選択を行なった.得られたG0個体に野生体を掛け合わせることによりF1ヘテロ変異体を作出した.得られたF1ヘテロ変異体の変異領域をPCRで増幅し,クローニングを行なった.得られたクローンのinsertをcolony PCRで増幅し,どのような変異が入っているかを調べた.その結果,修復のされ方の違いにより同じG0の個体から異なる変異をもった個体が得られたことが分かった.それぞれの変異個体を見分けるオリゴDNAを設計し,以後PCRによる変異個体の選択に用いた.変異個体を選択,維持しながら野生体を掛け合わせることにより,F3変異体を作出した.その過程で,ヘテロ変異体同士を掛け合わせたが,ホモ変異体は得られなかった.作出されたF3ヘテロ変異体のうち,Top2b活性中心に変異を導入し,frame-shiftにより,途中までの配列しかないヘテロ変異体の全脳のRNA-seq解析を実施した.得られた結果を解析中である.おおむね計画どおりに進んでいる.他の変異個体もRNA-seq解析を行い,行うべき行動実験を選択する.外注でRNA-seq解析を行うにあたりシークエンスのローデータ取得までを外注し,解析は自前で行なったため解析費が安く上がったため,次年度使用額が生じた.研究の進展によりさらにRNA-seq解析が必要になったため,今年度の外注RNA-seq解析のシークエンスデータ取得に当てる予定である.
アーギュメントの段階的指導を可能にする小学校教師教育プログラムの開発

平成30年度は,アーギュメントの段階的指導を可能にする小学校教師教育プログラムを開発する条件整備の段階(第12フェーズ)であった。第1フェーズは理論的検討であり,国内外の理科・科学教育関連の学会(ASERA2018,日本理科教育学会第68回全国大会,2018年度日本科学教育学会第2回研究会)に参加し,アーギュメント指導に関する最新の研究から情報収集を行ったり,連携協力者や理科教育関連の研究者から研究に関する助言を受けたりして,アーギュメントを段階的に指導する教師教育プログラムに必要な要件を調査した。第2フェーズはプログラム試案の開発であった。小学校児童のアーギュメント構成能力育成のために開発したカリキュラムをベースに,教員養成における実践研究(山本・神山,2017)の知見を加えながら,教師教育プログラム試案を作成し,連携協力者を含めて,これまでにアーギュメントの研修を受けた小学校現職教員に事例的に導入した。アーギュメントの段階的指導としては,アーギュメントを初めて経験する小学校中学年児童を対象とした理科授業「風やゴムの働き」「温度と体積の変化」の単元開発(教材開発を含む)やそこでのアーギュメントの指導法について,事例的に授業の構想・実行を支援し,児童のワークシートから授業を分析したり,教師への質問紙・インタビュー調査から教師教育プログラムを評価したりした。これらの分析から得られた知見については,日本理科教育学会第68回全国大会でポスター発表したり,学術論文として日本理科教育学会の『理科教育学研究』に投稿したりした(採録決定済)。アーギュメントの段階的指導を可能にする小学校教師教育プログラム開発について,次の3点からおおむね順調であると判断した。第1に,情報収集の面からは,国内外の理科・科学教育関連の学会に参加しつつ,連携協力者や理科教育関係の研究者から助言を受けながら,アーギュメントの段階的指導につながる研究動向を調査することができた。第2に,小学校中学年の理科授業(第3学年「風やゴムのはたらき」,第4学年「温度と体積の変化」)において,段階的指導の最も初期にあたる授業事例から,アーギュメント指導の初歩段階で必要な教授方略を明らかにし,その授業を構想・実行・評価する教師教育プログラムの試案を事例的に開発することができた。第3に,小学校中学年の理科授業におけるアーギュメントの段階的指導やそこでの教師教育プログラムの試案について,学術論文や学会発表で公表し,さらに難易度の高いアーギュメントを段階的に指導するためのプログラム開発の準備を整えることができた。令和元年度は,第3フェーズとして,小学校現職教員が自身の授業にアーギュメントを導入することを含めた,教師教育プログラムを実施する。まず,昨年度に開発した試案を整理して学術雑誌に投稿するとともに,これまでの教師教育プログラムの研究から得られた知見をESERA2019(イタリア)で発表する。次に,小学校現職教員にプログラムを事例的に導入するとともに,大学(院)での授業化に備え,教員志望の大学生を対象とした試行的授業を行う。その際,アーギュメントを初めて経験する小学校中学年児童を対象とした事例だけでなく,アーギュメントに習熟した小学校高学年児童を対象とした事例にも着手し,段階的指導の具体を明らかにする。これらの研究成果については,日本科学教育学会第43回年会(宇都宮)のポスター発表,日本理科教育学会第68回全国大会(静岡)における課題研究セッションにて公表し,今後のプログラム改善に向けての知見を得る。第4フェーズでは,プログラム前後において,アーギュメントの段階的指導能力や評価能力,教師の信念(Belief)に見られる変容を,インタビューや質問紙によって調査するとともに,プログラム中に撮影したビデオを分析する。プログラムを評価して課題を検討するとともに,試案の改善と当該単元の教材開発を行う。そのために,科学博物館や国内外の学会等から,該当単元で活用する知識リソースや指導法に関する情報を調査・収集する。続いて令和2年度は,第5フェーズとして,当該単元の教材準備を整え,教職大学院の授業科目や理科の教員研修において,改善版プログラム導入した実践を行う。日本科学教育学会年会(姫路)において,改善版プログラムの成果を公表する。そして第6フェーズでは実践を評価するとともに,研究の総括的考察を行う。

これらの分析から得られた知見については,日本理科教育学会第68回全国大会でポスター発表したり,学術論文として日本理科教育学会の『理科教育学研究』に投稿したりした(採録決定済)。アーギュメントの段階的指導を可能にする小学校教師教育プログラム開発について,次の3点からおおむね順調であると判断した。第1に,情報収集の面からは,国内外の理科・科学教育関連の学会に参加しつつ,連携協力者や理科教育関係の研究者から助言を受けながら,アーギュメントの段階的指導につながる研究動向を調査することができた。第2に,小学校中学年の理科授業(第3学年「風やゴムのはたらき」,第4学年「温度と体積の変化」)において,段階的指導の最も初期にあたる授業事例から,アーギュメント指導の初歩段階で必要な教授方略を明らかにし,その授業を構想・実行・評価する教師教育プログラムの試案を事例的に開発することができた。第3に,小学校中学年の理科授業におけるアーギュメントの段階的指導やそこでの教師教育プログラムの試案について,学術論文や学会発表で公表し,さらに難易度の高いアーギュメントを段階的に指導するためのプログラム開発の準備を整えることができた。令和元年度は,第3フェーズとして,小学校現職教員が自身の授業にアーギュメントを導入することを含めた,教師教育プログラムを実施する。まず,昨年度に開発した試案を整理して学術雑誌に投稿するとともに,これまでの教師教育プログラムの研究から得られた知見をESERA2019(イタリア)で発表する。次に,小学校現職教員にプログラムを事例的に導入するとともに,大学(院)での授業化に備え,教員志望の大学生を対象とした試行的授業を行う。その際,アーギュメントを初めて経験する小学校中学年児童を対象とした事例だけでなく,アーギュメントに習熟した小学校高学年児童を対象とした事例にも着手し,段階的指導の具体を明らかにする。これらの研究成果については,日本科学教育学会第43回年会(宇都宮)のポスター発表,日本理科教育学会第68回全国大会(静岡)における課題研究セッションにて公表し,今後のプログラム改善に向けての知見を得る。第4フェーズでは,プログラム前後において,アーギュメントの段階的指導能力や評価能力,教師の信念(Belief)に見られる変容を,インタビューや質問紙によって調査するとともに,プログラム中に撮影したビデオを分析する。プログラムを評価して課題を検討するとともに,試案の改善と当該単元の教材開発を行う。そのために,科学博物館や国内外の学会等から,該当単元で活用する知識リソースや指導法に関する情報を調査・収集する。続いて令和2年度は,第5フェーズとして,当該単元の教材準備を整え,教職大学院の授業科目や理科の教員研修において,改善版プログラム導入した実践を行う。日本科学教育学会年会(姫路)において,改善版プログラムの成果を公表する。そして第6フェーズでは実践を評価するとともに,研究の総括的考察を行う。
SCN5A遺伝子多型がフレカイニドの抗不整脈効果におよぼす影響

目的:ナトリウムチャネル遮断薬のフレカイニドは、血中濃度が300ng/mL以上で上室性不整脈への有効率が高い。一方で、300ng/mL未満の低濃度でも有効な患者が一部存在するが、その原因は明らかでない。最近、ナトリウムチャンネルαサブユニットSCN5A遺伝子のプロモーター領域の変異を有する患者では、ナトリウムチャネル遮断薬によるQRS幅の増大が野生型より大きく、その作用が強く現れる可能性が指摘された。この変異のアレル頻度は、日本人で24%であり、血中濃度に依存しないフレカイニドの有効性や副作用の発生と関連している可能性がある。そこで本研究では、フレカイニド服用患者を対象として、SCN5Aプロモーター領域の遺伝子多型解析を行い、この多型とのフレカイニドの有効性との関連を明らかにする。方法:上室性不整脈の治療のためにフレカイニドを服用している84名の患者から血液を採取し、SCN5Aおよび薬物代謝酵素CYP2D6の遺伝子多型解析、血中フレカイニド濃度測定、有効性と副作用の評価を行った。SCN5A遺伝子解析においてはプロモーター領域のT-1418CおよびT-1062Cを、CYP2D6遺伝子解析においては*2、*4、*5、*10、*14、*21、*36、Duplicateを検出した。有効性及び副作用は、患者の自覚症状(動悸の有無)と心電図所見によって判定した。また、必要時にボルター心電図を行い、無症候性の不整脈の有無などについて確認した。成果:フレカイニドの有効性は、SCN5Aプロモーターの変異遺伝子保有者と野生型の間で違いは認められなかった(54%vs55%)。心電図所見では、変異保有者で高度な徐脈(11%vs4%)および1度AVブロック(29%vs18%)の発生頻度が高かったが、検出力不足のためその差には統計学的有意性は認められなかった。今後、さらに患者数を増やし、検討する必要がある。また、CYP2D6の変異遺伝子を保有した高齢者は、血中フレカイニド濃度が上昇し薬効が強く現れる傾向が認められたため、in-vitroでフレカイニドの代謝経路の解明を進めている。