hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨代謝活性と骨内応力分布との空間対応によるインプラント周囲骨のメカノバイオロジー

バイオメカニカスと骨メカノバイオロジーの観点から,歯科インプラント臨床の科学的基盤を確立することを目的として,荷重下のインプラント周囲骨における骨代謝動態に関して,1.有限要素解析(FEA)によるインプラント周囲骨の応力分布,2.高解像度NaF-PETによるインプラント周囲骨の骨代謝活性の両者を空間的に対応付け,その関連について分析した.さらに,低強度・高周波の振動刺激のオッセオインテグレーションおよび周囲骨への有効性を詳細に検討し、また骨粗鬆症モデルにて振動刺激と薬剤との併用についても検討を加えた.バイオメカニカスと骨メカノバイオロジーの観点から,歯科インプラント臨床の科学的基盤を確立することを目的として,荷重下のインプラント周囲骨における骨代謝動態に関して,1.有限要素解析(FEA)によるインプラント周囲骨の応力分布,2.高解像度NaF-PETによるインプラント周囲骨の骨代謝活性の両者を空間的に対応付け,その関連について分析した.さらに,低強度・高周波の振動刺激のオッセオインテグレーションおよび周囲骨への有効性を詳細に検討し、また骨粗鬆症モデルにて振動刺激と薬剤との併用についても検討を加えた.バイオメカニカスと骨メカノバイオロジーの観点から,歯科インプラント臨床の科学的基盤を確立することを目的として,荷重下のインプラント周囲骨における骨代謝動態に関して,1.有限要素解析(FEA)によるインプラント周囲骨の応力分布,2.ポジトロンエミッション断層撮像(fine PET)によるインプラント周囲骨の骨代謝活性の両者を空間的に対応付け,その関連について分析する.また近年,申請者らは,ラット脛骨モデルにより低強度・高周波の振動刺激(Low Magnitude and High Frequency : LMIIF loading)のオッセオインテグレーションおよび周囲骨への有効性を確認した.そこで本研究では,従来まで行われてきた低周波力学的負荷に加え,高周波振動刺激を検討に加え,様々な負荷による骨のメカノバイオロジカルな反応の詳細を明らかにし,歯科インプラントに関する生体力学的,生物学的な根拠を得,臨床プロトコル策定の一助とすることを目的とした.インプラント埋入モデルの確立および部位特異性の検討:各種荷重負荷条件の下,finePET,μCTの撮像を行い生体内での反応の違いを検討した.CT image, PET imageからFusionデータを作成,周囲骨の骨代謝動態の解析(圧迫側-牽引側や皮質骨-海綿骨等)を行った.材料:本実験系は,東北大学サイクロトロンラジオアイソトープセンター動物時実験委員会に申請し認可されたものとする.実験動物としてWistar系雄性ラットを用いた.方法:ラット脛骨に2本のインプラントフィクスチャー(オーソアンカー:φ1.2mm,長さ6.75mm)を10nm間隔で平行に植立した.持続的負荷群力学的負荷としてクローズドコイルスプリング(SENTALLOY)を応用し,2本のアバットメント間に水平かつ内方に力ベクトルが向くように設定した.このコイルの特徴は有効長である3mmから15mmの範囲ではほぼ一定の力が得られることであり,コイルスプリングの負荷力(1.0N,2.0N,4.0Nの3段階)により,3群(各群5匹ずつ15匹)に分類した.荷重開始時期はインプラント埋入直後,1日後,3日後,7日後とした.撮像は,抜歯1,2,3,4週間後に行い,その後,組織・形態組織学的評価のためのサンプル作成を行った.バイオメカニカスと骨メカノバイオロジーの観点から,歯科インプラント臨床の科学的基盤を確立することを目的として,荷重下のインプラント周囲骨における骨代謝動態に関して,1.有限要素解析(FEA)によるインプラント周囲骨の応力分布,2. fine PETによるインプラント周囲骨の骨代謝活性の両者を空間的に対応付け,その関連を分析する.また近年,申請者らは,ラット脛骨モデルにより低強度・高周波の振動刺激のオッセオインテグレーションおよび周囲骨への有効性を確認した.そこで本研究では,従来まで行われてきた低周波力学的負荷に加え,高周波振動刺激を検討に加え,様々な負荷による骨のメカノバイオロジカルな反応の詳細を明らかにし,歯科インプラントに関する生体力学的,生物学的な根拠を得,臨床プロトコル策定の一助とすることを目的とした.インプラント埋入モデルの確立および部位特異性の検討:各種荷重負荷条件の下,finePET,μCTの撮像を行い生体内での反応の違いを検討した.CT image,PET imageからFusionデータを作成,周囲骨の骨代謝動態の解析(圧迫側-牽引側や皮質骨-海綿骨等)を行った.方法:ラット脛骨に2本のインプラント(オーソアンカー:φ1.2mm,6.75mm)を10mm間隔で平行に植立した.持続的負荷群力学的負荷としてクローズドコイルスプリングを付与し,インプラント間に水平かつ内方に力ベクトルが向くよう設定した.このコイル有効長である3から15mmの範囲ではほぼ一定の力が得られることであり,コイルスプリングの負荷力(1,2,4Nの3段階)により,3群(各群5匹,15匹)に分類した.荷重開始時期はインプラント埋入直後,1,3,7日後とした.撮像は,抜歯1,2,3,4週間後に行い,その後,組織・形態組織学的評価のためのサンプル作成を行い,組織・組織形態学的評価を行った.今年度は,骨粗鬆症モデルでのLMHF loadingの局所応用の骨形成活性効果と最適刺激条件の検索を行った。11週齢Wister雌性ラットに卵巣摘出術を施行した.16週齢にて,両側脛骨にを形成し,カスタムメイドの純チタン製インプラント(直径2mm×全長13mm)を埋入した.

翌日より骨粗鬆症薬(parathyroid hormone:PTHおよびAlendronate:Ale)を再開,各群をさらに2群に分け,1群には振動刺激装置にて加速度0.5G,周波数50Hz,刺激時間15分/日,週5日の条件で全身的な低強度高周波振動刺激(WBV)を付与した.埋入後1週および4週にて屠殺し,片側脛骨は除去トルク試験に,対側はμCT画像解析および組織形態学的評価に供した.μCT画像解析では,インプラント周囲皮質骨及び海綿骨内に設定したROIの相対グレイ値により石灰化度を評価した.除去トルク値は1週に比べ4週の群で,またSaline,Ale投与群と比べPTH投与群で有意に高く.PTHにWBVを付加した群では1週,4週ともに他群と比較し有意な高値を示した.相対グレイ値は,皮質骨において1週に比較して4週,またWBV付与群が付与しない群に比べ有意に高い値を示した.投与薬剤の違いによる差は認められなかった.一方,海綿骨ではPTH投与群はSaline群,Ale群と比べ有意に高い値を示した.治癒期間,振動刺激の有無による有意差は認められなかった.これらの結果からPTHにはインプラント周囲骨治癒促進効果があること,PTHとWBVの併用により,インプラント周囲骨形成が相乗的に促進することが示唆された.このことは,骨粗鬆症患者において,BP関連顎骨壊死を回避し,より確実かつ効率的なインプラント治療に貢献するものであると考えられる.26年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学26年度が最終年度であるため、記入しない。震災の影響により東北大学サイクロトロンラジオアイソトープセンターでの小型PETやマイクロCT撮影システムの使用が支障をきたしている現状であり,それに伴う遅れが生じた.震災の影響により東北大学サイクロトロンラジオアイソトープセンターでの小型PETやマイクロCT撮影システムの使用が支障をきたしている現状であり,それに伴う遅れが生じたが、他機関の利用また協力により,研究の進行は概ね順調である.26年度が最終年度であるため、記入しない。fine PETとFEAとの対照による骨代謝に影響を及ぼすFEA応力成分の分析:動物実験にて得られたPETおよびμCTデータを用い,まず,CTデータをもとにFEMモデルを作製,応力ヒストグラムを用いて,骨代謝に影響を及ぼしている応力成分(最大主応力,最小主応力,せん断応力,Mises応力)を分析.PET骨代謝データとFEA応力解析データを,3次元座標上で重ね合わせ,両者の空間的対応を定性的・定量的に分析する.これまで作成したサンプルの組織・組織形態学的評価を行っていく。また、これまでの実験・解析手法を高周波振動刺激を適応したモデルに応用し、さらに振動解析を行う.東北大学大学院工学研究科数理システム設計学教室の協力により,振動の各種条件を制御可能なラット用小型バイブレーション装置を製作.振動体は各実験動物のインプラント体と適合するクラッチ(金属製)とスクリューにて着脱可能とし,日々の刺激プロトコルをなるべく簡便に行えるようものとする.FEA解析による高周波振動伝達様相の解明インプラント体に動物実験での刺激条件を入力し,振動刺激がインプラント周囲骨に及ぼす影響を定量評価する.
MBロータによる磁気変調効果を利用した車両用新型オルタネータの開発

本研究では,ステータの界磁巻線を交流励磁する,新型のオルタネータについて,界磁起磁力をロータの回転方向と逆方向に回転させることにより低速回転域における特性改善を試みた。動作の理論的な解釈を与えるために数学モデルを導出し,原理を実験により検証した。併せて,有限要素解析により量産オルタネータと同体格のモデルを分析し,低速回転域での発電量の増加を確認した。初年度(平成20年度)はプロトタイプを製作し,性能試験を実施した。1.試作したプロトタイプの概要プロトタイプは,以下の仕様で製作した。1)目標出力1kVA,電圧110V,周波数60Hz,ステータの電機子巻線を6極,界磁巻線を2極とした。通常,車両用のオルタネータでは,電機子巻線を低電圧・大電流出力として設計するが,本研究の発電機では,手持ちの負荷装置で性能試験が実施しやすいように高電圧・小電流出力として設計した。2)ロータは,過去の研究成果を基に,3層逆円弧状の磁気障壁(空隙)を周方向に4組設けたマルチプルバリア(MB)ロータとした。2.性能試験の結果性能試験では,駆動機としてエンジンを使わず,実験がしやすいように可変速モータを使用した。無負荷及び負荷試験を実施し,動作と基本特性(出力,効率,損失など)を確認した。その結果,界磁を交流励磁(相回転がロータの回転方向と逆になるように励磁)すると,電圧と周波数の調整が容易に行えるだけでなく,界磁を直流励磁する方式に比べて低速領域で発電量を5%程度増加できることが判明した。次年度(平成21年度)は,これらの研究結果を踏まえ,車両用オルタネータとしての性能解析をさらに進め,特性予測のための理論を開発する予定である。平成21年度は,特性解析のための理論を構築した。また,構築した理論に基づき,平成20年度に試作した実験機により電気特性を調べた。併せて,有限要素解析(FEA)によるシミュレーションを実施し,車両用オルタネータとしての電気及び磁気特性を分析した。当初の計画では,FEA用の解析ソフトは平成22年度の予算で購入することにしていたが,別途費用で購入できたので,平成21年度からFEAによる検討も行った。1.理論の構築(数学及び回路モデルの導出)(1)簡易パーミアンス法を用いて磁気回路を反映した数学モデル(ギャップ磁束,巻線誘導電圧,電磁トルクなど)を導出した。(2)導出した数学モデルに基づき回路モデルを誘導した。これらにより動作特性に対する理論的な解釈を与え,特性解析を容易にした。2.試作機による実験(交流励磁と直流励磁の比較)(1)高速運転域で比較した場合,電気特性(発電量,効率など)は両励磁方式ともほぼ同一であった。(2)一方,低速運転域で比較すると,交流励磁の方が励磁の回転磁界をロータと逆方向に回転できるため,発電量が増加することを確認した。ただし,試作機の界磁巻線の設計が悪く,励磁の回転磁界の速度を広範囲に変更できないことも判明した。このため,FEAを併用してオルタネータの実運転領域での特性を予測することにした。3.FEAによるシミュレーション(量産オルタネータの体格に本原理を適用し特性を分析)(1)実験結果と同様に,高速運転域では両励磁方式とも電気特性がほぼ同一であり,低速運転域で励磁の回転磁界の速度を上昇することによって発電量が増加できることを確認した。(2)運転中のギャップ磁界を時間・空間高調波分析した。その結果,両励磁方式とも磁気特性はほぼ同一であることが分かった。平成22年度は,特性解析をさらに進めるとともに,設計法について検討する予定である。本研究では,車両の燃費向上に役立つ高効率オルタネータの実現を目標に,ステータに電機子巻線と交流界磁巻線を備え,マルチプルバリアロータ(MBロータ)で磁気変調効果して動作する,新型のオルタネータ(交流励磁二重巻線式リラクタンス発電機"交流励磁DWRG"と呼称)を開発した。平成22年度は,有限要素解析(FEA)によるシミュレーションを実施して,交流励磁DWRGのオルタネータとしての特性を詳細に分析した。交付申請書に記載した研究実施計画では,過去2年間の研究成果を踏まえて,新たに改良機を設計・製作することも予定していたが,昨年まで使用してきたシミュレーションソフトに不具合が生じ,ソフトの新規購入と入れ替え作業を行った。このため,研究が遅れ,改良機の設計・製作はやむを得ず断念した。本年度の具体的な研究成果は,次のとおりである。すなわち,量産オルタネータと同一体格の交流励磁DWRGモデルを作成し,FEAにより電気および磁気特性を分析した。併せて,界磁の励磁方式(交流励磁と直流励磁)による特性の差異を調べた。

結果として,交流励磁DWRGは,1)低速回転域で界磁起磁力をロータの回転方向と逆方向にすることで直流励磁に比べて出力が増加できる,2)電機子側に伝わる有効電力は直流励磁と異なり軸からだけでなく界磁側からも供給できる,などのことを明らかにした。これにより,交流励磁DWRGが低速領域から電力の得やすい車両用オルタネータとして有用なことを確認した。しかし,量産オルタネータと比べて出力密度が小さく,実用化のためには改善の余地があることも判明した。
ジャミング転移の理論的研究

粉、砂などの粉体は、低密度状態では流体的に振る舞う一方、高密度状態では固体的に振る舞う。この流体的、固体的な振る舞いの変化はジャミング転移と呼ばれる。粉体のジャミング転移の研究は、これまで粉体粒子間の摩擦を無視した理想的な状況についての解析が主に行われていた。しかし、実際の粉体ではそうした摩擦を無視できない。本研究課題では、そうした実際の一般的な状況でのジャミング転移が、どのような特性を持つのかを理論的に調べた。ジャミング転移の理論的研究として、申請時に研究課題として「(1)一般の系でのジャミング転移の現象論」、「(2)輸送係数と相関関数の特異性」、「(3)ジャミング転移の第一原理的理論の構築」の3つを設定した。(1)に関しては粒子間相互作用に接線摩擦の入った系でのジャミング転移のシミュレーションを行い、転移点への摩擦の影響と履歴依存性の存在を発見した。また、それらの新規な現象の発見とともに、接線摩擦のない系で得られた臨界指数が接線摩擦の入った系でもそのまま適用できることも判明した.これは、本研究課題の元になった申請者の理論の有用性を示すものであり、その他の高密度系への理論の適用可能性を示唆している。これらの結果を論文にまとめて、Phys.Rev.Eに掲載が決定している。(2)に関しては、申請時から課題が受理されるまでに進展があった。剪断粉体の弾性極限をとることで、理論が完成していた剪断粉体と通常の平衡系の比較を行い、剪断粉体での輸送係数の特異性が平衡系の特異性とどのように接続するかを検証した。特に、剪断分体系と平衡系でその発散の臨界指数に食い違いがあったのだが、それが連続的に接続することか判明したのが主要な成果となっている。Progress of Theoretical Phvsics Supplement 184,110(2010)にその成果をまとめたが、課題が受理される前に出版されてしまい、本報告書の研究成果欄には記載されていない。また、(3)に関しては共著者の鄭氏、早川氏と剪断粉体系におけるモード結合理論の理論を構築した。この理論は第一原理的であり、ジャミングを取り扱えるようになっている。その成果をまとめた論文は、現在、投稿直前になっている。上記のように、申請時に予定していた課題は概ね達成されており、順調に研究成果をあげたといえる。この流体的⇔固体的な振る舞いの変化はジャミング転移と呼ばれる。本研究課題では、そうした実際の一般的な状況でのジャミング転移が、どのような特異性を持つのかを調べるのが一つの課題であった。当該年度には、実際にジャミング転移への粒子間摩擦の影響を、シミュレーションを用いて調べ、摩擦の影響でジャミング転移点近傍の粉体の物性に顕著な履歴依存性が発生することが分かった。また、ジャミング転移に類似した現象としてガラス転移が存在する。このジャミング転移とガラス転移の対応を、両方の転移が発生する粒子モデルで調べ、二つの転移を支配する転移点が独立に存在することを示した。こうしたジャミング転移、ガラス転移を示す物質では、そのレオロジー特性に降伏応力が発生する。降伏応力の発生はある種の静止摩擦の発生として捉えられる。こうした静止摩擦が、物体の運動にどのような影響を表すのかを、静止摩擦をともなう摩擦界面をもった弾性体の解析によって調べた。この解析によって、こうした弾性体のマクロな摩擦係数が、弾性体に加えられた圧力やサイズによって大きく変化することを示した。これらの一連の研究によって、これまで理想的な状況だけで調べられていたジャミング転移が、実際の系においてどのような影響を表すのかを知ることができた。ジャミング転移は日常的、工学的な状況でも見られる現象であり、一連の研究成果によって、その現実的なコントロールへの道筋が開かれると期待される。
アンケート調査と経済実験による資産選択と貯蓄・消費行動の分析

本研究課題は、アンケート調査と経済実験という手法を用いて、人々の時間割引(せっかち度)と危険回避(心配性)を初めとする人々の気質の大きさとその特徴を調べる。そして、危険回避度が小さい人ほど株式を持つことや、時間割引が高い人や自信過剰な人ほど消費者金融から借入をするといったように、さまざまな行動がこれらの気質によって説明できることを明らかにした。本年度は、3つの経済実験と1つのアンケート調査を実施した。まず、中国人の危険回避態度と時間割引率を測定するために、上海において経済実験を実施した。日本における同様の実験と比較して、危険回避態度や時間割引率が、国によって異なるかどうかの分析を進める予定である。次に損失回避に関する実験を実施した。この実験では、利得局面で危険回避、損失局面で危険愛好的態度をとるという命題と、損失に対する感応度は利得に対する感応度より大きいという命題の両方を検定した。結果の分析はこれからであるが、暫定的な集計結果は、後者は支持するが、前者については利得損失ともに、その大きさによって危険に対する態度が違うことを示唆している。さらに、時間割引に関する新たな実験を実施した。この実験は、これまでの時間割引実験と以下の点で違っている。第1に、時間割引率に弱加法性が見られるかどうかの検定を目的としている。弱加法性とは、ある期間の時間割引ファクターと、その期間を2分割した2期間それぞれの時間割引ファクターの積を比較すると、分割した方が大きくなるというものである。第2に、被験者の選択肢をコンピュータを用いてランダムに与えている。第3に、被験者数が219人と大きい。実験結果の分析はこれからであるが、暫定的な集計結果は、この弱加法性と双曲割引の両方が観察されることを示唆している。さらに、選好パラメータの大きさを推定する目的で、中国6都市におけるアンケート調査を実施した。これにより、中国人のいろいろな選好パラメータの大きさを把握し、日本人と比較することが可能である。このアンケート調査は部分的に上述の上海における経済実験を補完するものでもある。最後に、年度末に、これらの研究結果を議論し、かつ、周辺分野で行われている研究から学ぶためのコンファランスを開催した。本年度は、上海における経済実験と、消費者金融利用者、債務整理者、それに該当しない人の3つのカテゴリーの人に対するアンケート調査を実施した。上海実験は、時間割引率および危険回避度に関して日中の比較を行うために、勤労者を対象とした実験を実施したものである。これで、日本と中国において、学生と社会人両方の結果が得られたので、分析に取りかかる予定である。アンケート調査は、負債行動に、時間選好率などの選好パラメータがどのように影響しているかという研究の拡張が目的である。住宅ローンや自動車ローンはそれに対応した資産があることを考えると、純粋に負債保有行動であるかは疑問である。これに比べると、消費者金融利用や債務整理に陥ることは、負債を抱える明確な行動であり、負債行動の特徴を捉えるためには、このようなサンプルを抽出することが不可欠である。さらに、昨年は、消費者金融の上限金利を引き下げる法改正がなされたので、このような金利規制が妥当であるかどうかを分析することも、このアンケート調査の重要な目的である。論文執筆について、「ワクチン接種行動」については、アメリカ人に関する論文を完成し、Economic Science Associationのコンファランスで発表した。昨年度実施した時間割引に関する経済実験については、論文を執筆し、学術雑誌に投稿した。中国において実施した経済実験については、危険回避度による部分を執筆し、学術雑誌に投稿した。これについては、改訂要求があり、現在、最終段階の改訂稿を準備中である。値下がりした株を、値上がりした株より売却しやすいというdisposition effect(気質効果)が株式取引において存在することを確認するために、1ヶ月にわたり27名の被験者に実際の過去の株価データを毎日4時間半提示して売買取引を行ってもらう「1ヶ月実験」を昨年度実施したが、半数程度の被験者が予想を遙かに超える取引を行い、予想以上の利益を得た。この予想外の行動は、おそらく被験者が取引を続けていくうちに、かなりの確率で利益を得ることができる取引手法を発見したためであろうと想像され、現実の株式市場では通常このような利益を得られる機会はほとんどないので、この人たちのデータを用いて気質効果を検証することは適切でないと考えた。この問題に対処するため、100万円を今年度に繰り越し、新たな設定の下で、1ヶ月実験を実施した。具体的には、まず、bid-ask bouncesを用いて利益をあげる機会を排除するため、現実の取引価格ではなく、提示された最高の買値価格(bid)と最低の売値価格(ask)の平均価格を被験者に提示することとした。また、できるだけ、価格が階段状に上下を繰り返す銘柄を避けた。このように設計した新しい実験計画で、39人を対象として実験したところ、昨年度のように、予想を遙かに超える取引回数や利益という現象は見られず、この点で予想と整合的な実験結果を得ることに成功した。

ただし、貴重な国民の財産で実施した昨年度のデータを利用しないのはもったいないので、今年度、disposition effectの検証を行い、また、ゼミナールの教材に用いた。その結果、十分な有意性はもっていないものの、disposition effectが存在し、それは、被験者の損失回避度と関連していることが認められた。本年度は、本助成金の最終年度に当たるので、これまでに行った、経済実験およびアンケート調査の結果に基づく研究論文をできるだけ多く執筆するように努めた。その結果、第1に、これまで中国でおこなった実験結果に基づいて、中国人の時間割引率の特徴に関する論文を執筆した。この論文は、現在、国際的な査読雑誌に投稿中である。第2に、先に消費者金融借入者および債務整理者を対象とするアンケート調査を実施して、消費者金融の問題を借り手の側から分析した論文を『現代ファイナンス』に掲載したが、消費者金融に関する経済分析を完結するため、昨年度は、貸し手である消費者金融会社に対するアンケート調査の設計に参画し、その結果を入手することができた。今年度は、その結果に基づいて、貸し手側の問題を分析し、消費者金融市場に関する産業組織的な論文を執筆した。この論文は、日本ファイナンス学会の機関誌である『現代ファイナンス』に受理され掲載予定である。第3に、危険回避度と時間割引率は、危険資産保有比率を決定する重要な要因であるので、実際に日本人の危険資産保有がこうした選好パラメータで特徴づけられるかどうかを、郵政公社が実施したアンケート調査の設計に参画し、そのデータを用いて論文を執筆した。この論文は、日本金融学会の機関誌である『金融経済研究』に受理され、掲載予定となっている。第4に、アメリカ人のインフルエンザワクチン接種に対する態度に関するアンケート調査に基づいて、イスラエルのUri BenZion、Shahrabani, Yom Din教授とともに論文を執筆し、現在国際的な査読誌に投稿中である。この論文は、インフルエンザワクチンの接種確率が、インフルエンザにかかる主観的確率、危険回避度、時間選好率などに影響されることを明らかにした。
カイコ感染モデルを用いたグラム陽性細菌に保存された病原性発現機構の解明

黄色ブドウ球菌のcvfA遺伝子(SA1129)、及びcvfC遺伝子(SA1262)はカイコ感染モデルを用いて我々が同定した病原性遺伝子である。本研究で我々はマイクロアレイ解析により、cvfA遺伝子及びcvfC遺伝子の発現の有無が転写レベルで影響を与える遺伝子の同定を試みた。cvfA欠損株では、agr遺伝子座の発現が低下していた。また、病原性因子の発現制御に働くsarS遺伝子の発現が上昇し、sarV遺伝子、及びsarX遺伝子の発現が低下していることが見出された。また、フィブロネクチン結合タンパク質をコードするfnbA遺伝子、〓膜の生合成に働くcapオペロン、セリンプロテアーゼをコードするsplFD遺伝子、メタロプロテアーゼをコードするaur遺伝子の発現量がcvfA欠損株において低下していた。さらに、cvfA遺伝子欠損株においては、アミノ酸の生合成に関わる遺伝子群、解糖系の酢酸代謝、及びクエン酸回路に関わる遺伝子群、トランスポーターを構成する遺伝子群の発現量が変動していた。cvfC遺伝子欠損株においても、アミノ酸の生合成に関わる遺伝子群、トランスポーターをコードする遺伝子、核酸合成に関わる遺伝子群が発現変動していた。従って、cvfA遺伝子、及びcvfC遺伝子はアミノ酸代謝やエネルギー代謝に関わる遺伝子群と病原性因子をコードする遺伝子群の両方の発現に寄与する遺伝子であると考えられる。CvfBタンパク質と結合する因子として30Sリボソームタンパク質S9を同定した。この結合に必要な領域は、CvfBタンパク質のC末端領域(226-300a.a.)と30Sリボソームタンパク質S9のC末端領域(66-130a.a.)に含まれることが示唆された。さらに、CvfBタンパク質は30Sリボソーム画分に含まれた。以上の結果は、CvfBタンパク質は、30Sリボソームタンパク質S9のC末端領域との結合を介してリボソームと複合体を形成し、翻訳に関与することを示唆している。CvfAタンパク質は2',3'-cyclic AMPおよびGMPに対しホスホジエステラーゼ活性を示した。さらにCvfAはRNA3'末端の2',3'サイクリックホスホジエステル結合に対して、モノヌクレオチドの場合よりも高い親和性で反応した。また、HDドメインに点変異を有するCvfAタンパク質はホスホジエステラーゼ活性を示さず、黄色ブドウ球菌cvfA遺伝子欠損株の病原性の低下を相補する活性を失った。以上の結果は、CvfAタンパク質がホスホジエステラーゼ活性を有し、この活性は黄色ブドウ球菌の病原性に必要であることを示唆する。CvfAはRNA3'末端の2',3'-サイクリックホスホジエステル結合の分解によりRNA3'末端の構造変換を引き起こし、それによって病原性因子の発現に働くと考えられる。新規病原性遺伝子の検索の結果、カイコ殺傷能力に必要な新規遺伝子を一つ同定した。この遺伝子産物はヘム合成経路に関わる酵素に相同性を有している。このことは、病原性に必要とされる新たな代謝酵素の存在を示唆している。
低フルエンス粒子放射線の動物個体への影響と生体の適応に関する多面的解析

本研究は、発がんと密接に関わるゲノム損傷に注目し、低線量X線もしくはγ線による生体影響と比較することによって、相対的に低フルエンス粒子放射線のリスクを明らかにすることを主な目的としている。平成30年度は、前年度までの成果のうち、マウス骨髄・脾細胞の鉄イオン線に誘導された染色体解析で得られた成果を国際学会(The 42nd COSPAR)で、またニンニク油の硫黄含有主成分のジアリルジスルフィド(DADS)による放射線防護効果について日本放射線影響学会と日本栄養・食糧学会で報告した。そしてこれらに関連する4報の原著論文を発表した。ゲノム安定性の維持に不可欠なTP53がん抑制遺伝子のヘテロ欠損マウス(p53+/-マウス)に「身体拘束」を加えることで胸腺リンパ腫発症までの潜伏期間が顕著に短縮されるという海外の研究報告(Feng Z. et al., PNAS 2012)を受け、同様の動物モデルを用いて鉄イオン線と動物個体に特有の心理的ストレスの複合効果を評価する実験系を構築し、これまでに2回の実験を行なった。そして骨髄細胞における小核形成頻度、脾細胞における染色体異常頻度はいずれも拘束のみ(照射なし)によって増加が見られず、拘束が鉄イオン線の作用を修飾する傾向を認めた。さらに、RaDRトランスジェニックマウスを用いて、ゲノム不安定性の指標となるDNA相同組み換え頻度を測定し、低フルエンス鉄イオン線(0.1-0.5 Gy)による突然変異の誘導を観察するとともに、低い線量のX線事前照射による適応応答を明らかにし、同マウスが放射線生体応答の新しい生体モデルとして有効であることを確認し、論文で報告した。「研究実績の概要」に記載した通り、マウスを用いた実験においては当初の計画通りゲノム損傷(すなわち骨髄細胞における小核生成と脾細胞における染色体異常の誘発)を指標としてX線および鉄イオン線に対する感受性を比較するためのデータが得られた。これらをもとに、長期宇宙滞在にともなう閉鎖的居住空間がもたらす心理的ストレスの修飾作用を探るため、身体拘束ストレスによる低フルエンス粒子放射線のゲノム損傷誘導への修飾効果の有無を確認するためのモデル動物実験を実施し、回収した骨髄・脾細胞の標本作成が進み、成果が得られ始めている。また、これまでガンマ線・X線を用いてその有効性が認められ、解析技術にも改良を加えたゲノム不安定性誘導の評価系動物モデル(RaDRマウス)を、低フルエンス粒子放射線のリスク評価に適用するべく、重粒子放射線(炭素イオン、鉄イオン)の照射実験を実施した。さらに、ジアリルジスルフィド(DADS)の粒子放射線に対する生体レベルでの防護効果が示唆され、今後は多様な評価系を用いてより知見が深められることが見込まれている。そして平成27年度に照射系構築の遅れが出たメダカの長期連続照射実験については、平成29年度までに遅れを取り戻し、低フルエンス率中性子の影響評価のマーカー遺伝子の候補が上がっている。以上の理由から、おおむね順調に進展していると考えられる。本年度は最終年度のため、それぞれの実験において回収が完了している保存試料については優先的に標本作成と解析を完了させることを目指す。すなわち、身体拘束ストレスの動物モデル実験においては、これまで全36匹のマウス脾細胞染色体サンプルを取得し、ほぼ全てのFISH法による染色体異常の解析が終了している(1匹当たりM期細胞200個以上)。しかしながら、染色体転座については統計学的有意差の検定のため解析する細胞数をさらに増やす必要がある。重粒子線照射実験に用いたRaDRマウスについては、造血系の細胞(胸腺、脾臓、骨髄細胞)の固定標本と肝・膵・腎の凍結切片試料が保存された(合計1,806サンプル)。このうち造血系の標本はフローサイトメーターによるGFP陽性率(HRの頻度)の測定が概ね終了した(789サンプル)。固形組織(肝・腎)の凍結切片標本の作成には予想以上の時間と労力を費やし、今後解析の効率化に工夫が必要である。しかし膵については、固定を行わずにデータを回収する手法を確立したことで、残る標本の解析は終了する見込みである。また、最終年度のため、本領域研究の中で当グループが今回新たに開発、あるいは最適化に貢献した(主に動物個体による)実験系の成果について論文等の形で社会に公表することに加え、将来の宇宙研究あるいは宇宙活動へのより具体的な応用について提案を行う。このため、重粒子線を含む宇宙放射線の防護に有効な食物由来の因子、睡眠調節因子等、メダカの遺伝子発現による高LET放射線のモニタリング、動物モデルで得られた成果の「ヒト幹細胞」評価系への移行の可能性について模索することが重要である。宇宙放射線被ばくは長期宇宙滞在において危惧されるリスク要因であり、特に生体障害作用の大きな粒子線成分に対する動物の生体応答を明らかにすることは重要である。本研究は、発がんと密接に関わるゲノム損傷に注目し、低線量X線もしくはγ線に対する生体応答と比較することによって、相対的に低フルエンス粒子放射線のリスクを明らかにする。マウスモデルとしては、ゲノム不安定性の誘導を可視化できる新規マウスモデルRaDR等を用い、鉄イオン線によるマウス骨髄における小核形成と脾臓における染色体変異を評価するとともに、種々の臓器における非標的効果を評価する。そして睡眠調節剤や摂取カロリー制御による感受性修飾を評価するとともに、防護効果が期待される化合物の効果を評価する。また、メダカを用いて低フルエンス粒子線による抵抗性の誘導および水温等飼育環境の効果を評価する。

今年度は、野生型マウスの鉄イオン線およびX線照射を行い、小核形成と染色体異常の解析を開始するとともに、RaDRマウスを用いて、γ線発がんの過程で体細胞ゲノムの不安定化がともなわれることを示唆した。また、ニンニク油硫黄含有主成分のジアリルジスルフィド(DADS)の放射線防護剤としての機能を示唆した。メダカを用いた実験については、X線による放射線適応応答の検証を行い、低線量で前照射することにより放射線抵抗性が誘導されることが確認された。また中性子線照射実験については照射用中性子線源が国内に在庫が無く、またメーカーが施設移転のため製造を一時停止していることが判明したため、実験の開始を11ヶ月先延ばしすることとした。多様な粒子種を含む宇宙放射線により脊椎動物一般に対するリスクを評価することを目的とした本計画研究において、メダカを用いた中性子線照射実験は欠かすことができない重要実験項目である。マウスを鉄イオン線(0.13Gy)あるいはX線(0.15Gy)で全身照射した後、1ヶ月目及び2ヶ月目に末梢血、骨髄細胞(赤血球)、脾細胞を採取し、末梢血像、骨髄細胞の小核、脾細胞の染色体異常の解析を開始した。X線の照射実験では末梢血像の解析は既に終了した。3Gy以上のX線全身照射により、照射後1ヶ月目に白血球と赤血球で有意な減少が観察された。1Gy以上の照射により、ヘモグロビンで有意な減少は認められた。血小板は0.5Gyでも有意に減少することが分かった。3Gy以上の照射により照射後2ヶ月目まで赤血球とヘモグロビンの持続的低下が観察された一方、全ての照射群に白血球数の増加が認められた。放射線防護剤の探索として、培養細胞を用いた実験から、ニンニク油の硫黄含有主成分のジアリルジスルフィド(DADS)が4GyのX線照射後の小核形成を指標としたDNA損傷細胞を減少させることを示した。一方、マウス個体を用いた実験から、DADS経口投与によりX線照射3週後の脾臓の肥大が顕著に抑制されることを明らかにした。また肝臓代謝物の中にはX線照射1ヵ月後においては被ばく線量に応じて有意に変動するものがあった。がんの悪性化機構に関連の深いゲノム不安定性を、哺乳動物の生体組織で評価できるRaDRマウスを用い、γ線の分割照射(1.8Gy x 4)から180日以内に、約50%のマウスにリンパ腫を誘発できること、および腫瘍組織と被ばくした他の正常組織の一部で非標的性のゲノムDNA組換えの有意な増加を誘発されることを観察した。以上の結果から、致死線量に至らないレベルのγ線被ばくが、長い潜伏期間を経て選択的な組織(リンパ系)のがんを誘導し、その過程で体細胞ゲノムの不安定化がともなわれることを示唆した。近交系メダカHdrRを用いた実験においては、X線0.25Gyの前照射による適応応答の発現を観察した。宇宙放射線被ばくは長期宇宙滞在において危惧されるリスク要因であり、特に生体障害作用の大きな粒子線成分に対する動物の生体応答を明らかにすることは重要である。本研究は、発がんと密接に関わるゲノム損傷に注目し、低線量X線もしくはγ線に対する生体応答と比較することによって、相対的に低フルエンス粒子放射線のリスクを明らかにする。
新規がん関連蛋白質Mina53に関する研究

がん遺伝子mycが直接発現上昇する遺伝子としてmina53を同定した。リンフォーマではIPIという癌の進行度を示す指標があるが、必ずしもこの指標だけでは十分でなく、新しい診断法が求められている。そこでリンフォーマにおけるMina53発現を検討した。研究の結果、1、リンフォーマの約30%においてMina53の発現昂進が見られた。2、発現昂進が見られたのはB細胞由来リンフォーマであり、悪性度が進んだ場合に、より顕著であった。3、初期のリンフォーマではMycとMina53の発現に正の相関が見られたが、悪性度が強いものでは相関が見られなくなった。以上からB細胞由来リンフォーマでは悪性度が進むとMina53が高発現する傾向があり、Mina53発現がMycから独立した因子として診断に応用できる可能性があることが示唆された。Mina53には幾つかの転写調節因子に見られるドメイン-JmjC domain-がある。最近、JmjCドメイン蛋白にメチル化ヒストンを脱メチル化するものもあることが報告された。Mina53は核小体に存在し、さらにリボソームRNA遺伝子と結合することからMina53がヒストンメチル化状態を調節し、リボソームRNA転写を調節している可能性が考えられた。本年はまずヒストンメチル化調節が核小体での転写にどの程度のインパクトがあるかを調べるために核小体に存在するJmjCドメイン蛋白を探索した。その結果Mina53以外にもJmjCドメインをもつ蛋白質が幾つか見つかった。これ等の中からすでに脱メチル化能があることが証明されているKDM2aについて検討したところ、リボソームRNA転写への関与が観察された。これ等の結果はヒストンメチル化状態を調節することによりJmjCドメイン蛋白がリボソームRNA転写を調節していることを示唆している。1、遺伝子発現にあたえるMina53の影響およびMina53結合蛋白質について。Mina53は核タンパク質であり、幾つかの転写因子に見られるドメインを持っていることから遺伝子発現に影響をあたえると考えられた。そこでプロモーター活性に与えるMina53高発現の影響を調べた。その結果Mina53がE2Fsite依存的なプロモーター活性を上昇することが観察された。E2Fは細胞増殖と深く関係する転写因子である。そこでE2Fsite依存的なプロモーター活性化機構を調べるために、Yeast two hybrid法によりMina53と結合する蛋白質をスクリーニングした。その結果、Mina53結合蛋白質としてMina53自身が得られた。この結合は動物細胞中でも確認でき、さらにMina53は溶液中で2量体の分子量を示した。Mina53変異体を作製しこのダイマー形成に必要な領域を検討した結果、C末端の4つのアミノ酸が必須であることが分かった。このMina53の変異体はE2Fsite依存的なプロモーター活性化を示さなかった。以上の結果からダイマー形成がMina53の細胞増殖調節機能に関係していることが示唆された。2、正常マウス個体でのMina53発現の詳しい解析。Mina53に対するモノクローナル抗体を多数作製し、マウスMina53を良く認識する抗体を探した。その結果M5318と名付けた抗体がマウスMina53を良く認識することが分かった。そこでこの抗体を使って正常マウス個体でのMina53発現を調べた。その結果、精巣、脾臓、大腸など細胞増殖の盛んな組織で高い発現が観察された。精巣での発現を詳しく調べた結果、Mina53は細胞増殖が盛んであるタイプA精原細胞に特に強く発現していることが分かった。以上の結果は正常個体においてもMina53が細胞増殖と関係することを示唆している。1、リンフォーマにおけるMina53発現大腸癌と食道癌においてがん細胞特異的にMina53発現が昂進していることを報告した。この研究の過程で、組織中のリンパ濾胞の胚中心ではほとんどMina53発現がないことがわかった。リンパ濾胞胚中心には活発に増殖するリンパ球が存在している。以上からMina53が基本的な増殖メカニズム以外の癌の性質と関連することが示唆された。では、本来発現が見られないリンパ球由来の細胞が腫瘍化したときにはMina53発現はどうなるのであろうか。Mina53発現昂進が何らかの腫瘍の性質と関係するのであれば腫瘍化に伴い発現が上昇すると考えられる。またリンフォーマではIPIという癌の進行度を示す指標があるが、必ずしもこの指標だけでは十分でなく、新しい診断法が求められている。その結果、1、30%のリンフォーマにおいてMina53の発現昂進が見られた。2、発現昂進が見られたのはB細胞由来リンフォーマであり、悪性度が進んだ場合により顕著であった。3、進行したものではMycとMina53の発現に相関が見られなくなった。以上の結果をまとめて外国雑誌に投稿した。2、リボソームRNA発現の調節Mina53蛋白質のリボソームRNA遺伝子への結合が観察された。そこでリボソームRNA遺伝子のプロモーターをもつレポーター遺伝子を作製し、Mina53のレポーター発現への影響を調べた。

その結果、Mina53によるリボソームRNAレポーター発現抑制が観察された。このことはMina53がリボソームRNA発現を転写レベルで調節している可能性を示唆している。がん遺伝子mycが直接発現上昇する遺伝子としてmina53を同定した。リンフォーマではIPIという癌の進行度を示す指標があるが、必ずしもこの指標だけでは十分でなく、新しい診断法が求められている。そこでリンフォーマにおけるMina53発現を検討した。研究の結果、1、リンフォーマの約30%においてMina53の発現昂進が見られた。2、発現昂進が見られたのはB細胞由来リンフォーマであり、悪性度が進んだ場合に、より顕著であった。3、初期のリンフォーマではMycとMina53の発現に正の相関が見られたが、悪性度が強いものでは相関が見られなくなった。以上からB細胞由来リンフォーマでは悪性度が進むとMina53が高発現する傾向があり、Mina53発現がMycから独立した因子として診断に応用できる可能性があることが示唆された。Mina53には幾つかの転写調節因子に見られるドメイン-JmjC domain-がある。最近、JmjCドメイン蛋白にメチル化ヒストンを脱メチル化するものもあることが報告された。Mina53は核小体に存在し、さらにリボソームRNA遺伝子と結合することからMina53がヒストンメチル化状態を調節し、リボソームRNA転写を調節している可能性が考えられた。本年はまずヒストンメチル化調節が核小体での転写にどの程度のインパクトがあるかを調べるために核小体に存在するJmjCドメイン蛋白を探索した。その結果Mina53以外にもJmjCドメインをもつ蛋白質が幾つか見つかった。これ等の中からすでに脱メチル化能があることが証明されているKDM2aについて検討したところ、リボソームRNA転写への関与が観察された。これ等の結果はヒストンメチル化状態を調節することによりJmjCドメイン蛋白がリボソームRNA転写を調節していることを示唆している。
情報通信システムと高性能電源の統合安全監視機構の開発研究

1.情報通信システムはVLSI,ULSIで構成され,これらが負荷となる。この負荷の変化のスルーレートは数十A/μs数百A/μsと非常に大きく,これに電力を供給するスイッチング電源をPRC方式(オン時間固定の周波数制御方式)とPWM方式のDC-DCコンバータで構成した場合について,比較,検討し,PRC方式が優れていることを明らかにした。2.1.に示すような情報通信システムにおいては,高速な応答とともに,さらなる高精度な動作電圧の安定な供給が求められる。このひとつの解決方法として,高速な応答と高精度な制御が可能なディジタル制御方式のスイッチング電源を提案し,既存のディジタル制御方式と比較して,遅れ時間の大幅な低減を解像度の低下させることなく実現可能であることを実験とシミュレーションにより示し,良好な結果と今後の応用展開の可能性についても示した。3.で示すディジタル信号との融和性についても今後検討し,情報通信システムの安全監視への有効性を示していく予定である。3.カメラの画像信号に音の情報を重ねて伝送する新しいシステムについて検討し,良好な結果が得られた。ディーゼル発電機の音と画像の両方を同時に送る場合の有効性について検討していく予定である。4.燃料電池とリチウムイオン電池を用いたハイブリッド方式マイクロフューエルセルについて研究し,フュエールセルの最適動作点追尾,リチウムイオン電池の過充電,過放電を防ぐシステムの構築に成功した。また,電力変換器の電力効率は,90%という良好な結果が得られた。1.情報通信用スイッチング電源の高性能化、特に数十A/μS程度の負荷の急変に対して出力電圧を安定化するため、低電圧(1,5V出力)DC-DCコンバータにキャパシタとMOFETからなる補助回路の確立を行った。また、スイッチング周波数を1MHzとするディジタル制御方式DC-DCコンバータの確立を行った。高速ディジタル制御回路はASICによって作成した。2.火災、災害、不審者や動物の侵入のような事故等のモニタリングにおける自動認識及び情報収集を行うための画像処理アルゴリズムの基本設計を行った。ここで、新しいシステム構成として、各カメラの予め動画像処理を行うためのユニットをもつものを提案し、1個の画像処理用DSPにより高速処理、高効率化を図ったマルチカメラ方式高速動画像処理システムを提案した。処理アルゴリズムにおいては移動物体の形状特徴および模様特徴に着目した新しい方式について検討し、良好な結果を得た3.ネットワークの問題として、産業用のネットワークでは通信の確実性と高速性が要求される場合が多い、そこで、データ伝送の確実性を高めるため通信パケットのイーサネットデータフィールドの先頭にコントロールサブヘッダを設け、μDP/IPを採用した。そして、μDP/IPプロトコルによるマルチキャスト通信とマルチスレット手法も有効性を実証した。4.その他、電源の基本的性能である商用交流電源からの高調波の低減、新しい多入力DC-DCコンバータを用いて高周波と出力電圧リプルを同時に低減する回路路方式の実証試験、ディジタル制御方式DC-DCコンバータの並列運転に関する回路方式の確立などを行った。1.情報通信システムがディジタルLSI化され、これに対応するため、数十A/μS程度の負荷負変に対して低電圧(1.5V,10A出力)DC-DCコンバータの出力安定化のためのPRC方式DC-DCコンバータ及び電流の引き抜きと注入を行う補助回路方式の検討を行い、設計方式の確立を行った。又、高速ディジタル制御についても検討中である。2.複数のカメラが動画像処理を行う際に、各カメラに予め動画像処理を行うユニットを持つ新しい画像処理システムを提案した。又、このマルチカメラ方式の処理アルゴリズムについて検討し、高速処理、処理の高効率化を図った。3.太陽電池、燃料電池を電気エネルギー源とするDC-DCコンバータの回路方式、制御方式について検討し、良好な結果を得た。

この負荷の変化のスルーレートは数十A/μs数百A/μsと非常に大きく,これに電力を供給するスイッチング電源をPRC方式(オン時間固定の周波数制御方式)とPWM方式のDC-DCコンバータで構成した場合について,比較,検討し,PRC方式が優れていることを明らかにした。2.1.に示すような情報通信システムにおいては,高速な応答とともに,さらなる高精度は動作電圧の安定な供給が求められる。このひとつの解決方法として,高速な応答と高精度な制御が可能なディジタル制御方式のスイッチング電源を提案し,既存のディジタル制御方式と比較して,遅れ時間の大幅な低減を解像度の低下させることなく実現可能であることを実験とシミュレーションにり示し,良好な結果と今後の応用展開の可能性についても示した。3.で示すディジタル信号との融和性についても今後検討し,情報通信システムの安全監視への有効性を示していく予定である。3.カメラの画像信号に音の情報を重ねて伝送する新しいシステムについて検討しディーゼル発電機の音と画像の両方を同時に送る等良好な結果が得られた。4.燃料電池とリチウムイオン電池を用いたハイブリッド方式マイクロフューエルセルについて研究し,フュエールセルの最適動作点追尾,リチウムイオン電池の過充電,過放電を防ぐシステムの構築に成功した。また,電力変換器の電力効率は,90%という良好な結果が得られた。
ＡＭＰキナーゼの活性化による網膜色素上皮細胞の老化防止：加齢黄斑変性治療への展開

加齢黄斑変性は加齢を背景とした網膜色素上皮細胞(以下RPE)の機能異常が原因で発症する。本研究では、AMPキナーゼ(AMPK)に着目し、加齢によるRPEの機能異常におけるAMPKの役割を解明することを目的とし研究を行った。加齢黄斑変性でみられる慢性炎症のモデルにおいて、RPEの細胞増殖、遊走をAMPKの活性化が抑制することを明らかにした。また、慢性酸化ストレスを細胞に負荷することによって、RPEの老化を誘導できることを明らかにした。さらに、老化に伴うRPEの細胞機能の変化を評価する実験法を確立した。加齢黄斑変性の最大の背景因子は加齢であり、加齢に伴う網膜色素上皮細胞(RPE)の機能低下を原因として網膜の恒常性が破綻し、血管新生や網膜障害が起こる。本研究ではRPEの機能低下をAMPKの活性化によって防止できるかどうかについて検討する。平成24年度は、培養実験系においてRPEに老化を誘導し、老化が細胞の機能に及ぼす影響を検討した。まず、RPEの老化誘導については、培養細胞の継代を繰り返す方法と酸化ストレスを負荷する方法を行った。老化の判定はSA-b-gal染色によって行った。RPEの継代を繰り返すと細胞の形態が変化し、SA-b-gal染色陽性となり老化を誘導することが出来た。また酸化ストレスを負荷する方法については、過酸化水素を用いて酸化ストレスを負荷した結果、一定の濃度、作用時間で細胞の形態が変化とSA-b-gal染色陽性となることがわかった。加齢黄斑変性ではRPEの貪食能が低下し、処理しきれない老廃物がドルーゼンとしてRPEの下に蓄積する。ドルーゼンはやがてRPEのさらなる機能低下や血管新生を誘導するので加齢黄斑変性の前駆病変であると考えられている。また、RPEによる老廃物の貪食には細胞エネルギーが必要である。そこで、ドルーゼンの主成分のアミロイドβの分解酵素であるネプリライシンの発現と細胞エネルギー代謝に重要なグルコースの取り込み能が老化誘導によってどのように変化するかについて検討した。その結果、ネプリライシンについてはこれまでに用いた抗体による検出では老化による影響は明らかではなかった。グルコースの細胞内への取り込みについては、老化とともに減少することが明らかになった。これらの成果は、次年度以降の研究の基盤となる重要な成果であるといえる。加齢黄斑変性は加齢による網膜色素上皮細胞(RPE)の機能異常が原因で発症する。RPEの機能とは活性酸素除去能、サイトカイン産生能、バリア機能、貪食能等であり、加齢黄斑変性では、RPEの機能異常によって網膜の恒常性が破綻し、老廃物の蓄積、血管新生、網膜障害が起こり視力が低下する。本研究ではAMPKに着目し、RPEの機能異常におけるAMPKの役割を解明することを目的とし研究を行った。加齢黄斑変性では、酸化ストレスによるRPEの機能異常から慢性炎症が誘導され、血管新生やRPEの異常増殖や遊走、線維化が起こる。そこでRPEの細胞増殖におけるAMPKの役割について検討し、RPEの増殖因子に対してAMPKが抑制的な役割を果すことを明らかにした。次に炎症性サイトカインによるRPEの増殖、遊走、線維化に対するAMPKの役割について検討し、AMPKがこれらの反応を阻害することを明らかにした。また酸化ストレスがRPEに及ぼす影響を検討するために、酸化ストレス負荷モデルの確立に取り組んだ。その結果、急性および慢性酸化ストレスモデルを確立することに成功した。しかし、RPEの機能の一つである老廃物の消化能について検討した結果、ドルーゼンの主成分のアミロイドβの分解酵素であるネプリライシンの発現については急性酸化モデルでは変化を見いだせなかった。そのため加齢黄斑変性の病態を反映した実験系としては慢性酸化モデルを用いる必要があると考えた。さらにRPEの細胞機能を評価するための種々の実験法を確立した。本研究費の期間内に計画した全ての目的を達成するには至らなかったが、RPEの細胞増殖、慢性炎症による細胞遊走、線維化におけるAMPKの役割について解明することができた。また、今後研究を進めていく上で基盤となる実験系の確立に成功した。現在、RPEの細胞機能に慢性酸化ストレスが及ぼす影響およびAMPKの果たす役割について研究に取り組んでいる。網膜色素上皮細胞の老化誘導の確立に時間を要したが、平成24年度の成果は次年度以降の研究の基盤となる重要な成果であるといえる。また、細胞機能の内、グルコースの細胞内への取り込みという重要な機能について老化の影響を確認することが出来た。ネプリライシンについては評価方法の変更を要するが可能性のある評価方法は存在するため次年度以降の課題としたい。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画書に則って、予定通り研究を進める。具体的には老化誘導後の細胞機能について、より多くの評価項目を検討する。

評価項目のうち、有意差が認められた機能については、遺伝子導入や薬理学的手法を用いてAMPKを変化させその効果を検討する。また、眼内レーザー照射による血管新生モデルやネプリライシンKOマウスにおけるAMPK活性化の効果についても検討する。25年度が最終年度であるため、記入しない。