hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
薬剤に対してプライムされた骨髄細胞に焦点を当てた薬剤性肺障害の病態解明

我々は骨髄細胞が投与薬剤に対して準備状態を成立させるとの仮説を立て、そのメカニズムを解明することで、薬剤性肺障害の病態を解明することを目的とした。ブレオマイシン(BLM)を投与されたマウス骨髄を移植するとドナーマウスにはコントロール群と比較して強いBLM肺障害が誘導され、肺胞洗浄液中のB7H3陽性細胞が増加していた。同一個体において、BLMを少量投与すると、2回目のBLM投与により強い肺障害が誘導されたが、2回目のBLM投与前に骨髄移植を行うことでその増強効果は消失した。この結果から薬剤性肺障害にB7H3分子が関与していることが示唆された。本年度は研究計画に従い「既にブレオマイシンの投与を受けた(プライムされたと表現する)マウス骨髄」および「ブレオマイシン未投与の(プライムされていない)マウス骨髄」をドナー細胞として用いた骨髄移植モデルを作成し,双方のレシピエントマウスにさらにブレオマイシン肺障害を誘導して表現型を比較検討した(それぞれ「プライム群」「対照群」とする).我々は既に「プライム群」にブレオマイシン肺障害を誘導すると,「対照群」と比較して肺障害が増悪することを確認している.我々は気管支肺胞洗浄液中の炎症細胞の比較検討を行うことで,「プライム群」で「対照群」と比較し,免疫制御に関わる分子であるB7Hファミリーのうち,B7H1およびB7H2発現には差がないが,B7H3陽性細胞が有意に増加することを見出した.さらに「プライム群」では「対照群」と比較して,気管支肺胞洗浄液のみならず,肺組織において線維化に関わるTGFβおよびTh2系サイトカインであるIL-4,IL-13と共にB7H3のmRNA発現が有意に亢進していることが確認された.さらにプライムされた骨髄および対照群骨髄から単球系細胞のみをMACSシステムによりソーティング採取し,通常の骨髄移植の際に骨髄細胞と共に移植することで,「プライム群」と同様にレシピエントマウスにおける肺障害が増悪すること,プライムされた骨髄から得られた造血幹細胞のみでは同様の増悪の表現型が再現できないことを見出した.これにより,骨髄における未分化な造血幹細胞造血前駆細胞でなく,より分化した単球系細胞にブレオマイシン投与を受けた情報が保存されているものと理解された.プライム群および対照群の差異の鍵となる分子を見出すことは困難であると予想されていたが,比較的早い段階で差異を示すマーカー分子の候補を発見できたことは予想以上の成果であると考えている.昨年度までの成果により、ブレオマイシンの気管内投与を受けた群(プライム群)の骨髄を移植されたマウスでは、ブレオマイシンの気管内投与を受けていない群(コントロール群)の骨髄を移植されたマウスと比較して、ブレオマイシン肺線維症が増悪すること、肺におけるB7H3 mRNA発現が亢進すること、気管支肺胞洗浄液中にB7H3陽性細胞が増加すること、が示された。骨髄移植には放射線照射など肺線維症を誘導しうる過程が含まれるため、それら骨髄移植に伴う前処置自体が肺線維症に与える影響を否定できない。そこで、B7H3タンパク自体が放射線照射を行わない同一個体においてにおいて肺線維症に与える影響について、放射線照射を介さないモデルを用いて検討した。我々の開発した「2hitモデル」では初回肺線維症を誘導しない少量ブレオマイシン気管内投与(コントロールとしてはPBSのみ投与)を行うと、2回目の通常量ブレオマイシン投与によって引き起こされる肺線維症が明らかに増強される。この系を用いて、初回にブレオマイシン少量をする投与群(2hit群)の肺では初回PBSのみを投与する群(1hit群)と比較して、B7H3 mRNA発現が亢進されることが判明した。また、初回投与後に健常マウス骨髄を移植することで2hit後の肺線維症増強を回避できること、さらにB7H3 knock outマウスでは2hit群においても1hit群と比較して肺線維症増強が見られないことを明らかとした。これら2hit群では1hit群と比較して、気管支肺胞洗浄液中の可溶性B7H3タンパク増加が確認された。さらにヒト肺線維症の肺胞洗浄液中でも可溶性B7H3タンパクが検出可能であることが明らかとなった。これらの成果について論文を作成し、現在投稿準備中である。我々は既に「同一個体内において傷害を記憶した細胞が存在していること」を明らかにする系として同一個体に期間を空けて2度のブレオマイシン投与を行う「2hitモデル」を確立している.この系を用いて,B7H3蛋白が前述の骨髄移植における「プライム群」と同様に変化を示すかを確認する。

プレリミナリーな検討では本分子が「2hitモデル」の系においても変動していることが確認されており,B7H3ノックアウトマウスを用いて,本分子の役割をさらに追及できるよう準備を進めている.以上の結果をまとめ論文化を目指してゆく予定である。呼吸器内科
極大性条件を満たす実数の集合

本研究では、実数全体とその部分集合の構造を組合せ論的集合論と記述集合論の観点から調べた。特に、極大のほとんど交わりがない集合族、極大フィルター、ギャップやタワーのような、与えられた極大性条件を満たす実数の集合族の幾つかの局面について強制法による独立性証明を行うことに焦点を絞って研究を行った。例えば、極大性条件を満たす集合族の最小の濃度として定義されている基数不変量と古典的な連続体の基数不変量の大小関係について新しい無矛盾性結果を得た。また、その集合族の射影的階層における可能な計算量についても新しい無矛盾性結果を証明した。平成25年度は、実数全体の部分集合を組合せ論的集合論や記述集合論の観点から調べた。特に、反復強制法などの集合論の洗練された技法を用いることによって、自然数全体の部分集合からなるギャップ(gaps)や極大のほとんど交わりがない集合族(mad families)などの極大条件を満たす自然数のベキ集合の部分集合に焦点を絞って研究を行った。主な研究実績は下記通りである。1.Mejiaとの共同研究で、解析的商構造におけるRothbergerギャップの最小の長さを調べており、解析的商構造の特別な場合であるfragmentedイデアルで割った商構造について次の二分法を得た:graduallyfragmentedでない多くのイデアルに対して、(omega,omega_1)-ギャップが存在するが、全てのgradually fragmentedイデアルに対して、(omega,kappa)-ギャップが存在するような最初の基数kappaが零イデアルの加法性以上となることを証明した。4.Garciaとの共同研究で、ラムズィー理論におけるHindmanの定理を強制法の理論の観点から調べており、Hindmanの定理と関連する極大フィルタや基数不変量などの概念を対応する古典的な概念と比べた。平成24年度は、実数全体の部分集合を組合せ論的集合論や記述集合論の観点から調べた。特に、反復強制法などの集合論の最先端の技法を用いることによって、自然数の部分集合からなる、極大のほとんど交わりがない集合族(mad families)や自然数上の極大フィルター(ultrafilters)などの極大性条件を満たす実数の部分集合に焦点を絞って研究を行った。(2)極大フィルターのジェネリック存在について研究を行った。極大フィルターのクラスがジェネリックに存在するとは、全てのcより真に小さいフィルター基をもつフィルターがそのクラスに属する極大フィルターへ拡大できるときをいう。Flaskovaとの共同研究で、密度ゼロ極大フィルターや総和可能な極大フィルターなどのジェネリック存在を特徴づける基数不変量を他の基数不変量と比べ、いくつかの大小関係に関する独立性結果を得た。平成26年度は、実数全体の部分集合を組合せ論的集合論や記述集合論の観点から調べた。特に、反復強制法などの集合論の洗練された技法を用いることによって、自然数全体の部分集合からなるタワー(towers)や極大のほとんど交わりがない集合族(mad families)などの極大性条件を満たす自然数のベキ集合の部分集合に焦点を絞って研究を行った。1.Garciaとの共同研究で、ラムズィー理論におけるHindmanの定理を強制法の理論の観点から調べた。特に、Hindmanの定理の証明の基礎となる、almost condensationで順序づけられたブロック列の集合(FIN)に(P (omega) / fin)の2上が完備に埋め込まれるが、(P (omega) / fin)の3上が完備に埋め込まないことが無矛盾であることを証明した。また、(FIN)のalmost disjointness numberが痩集合の最初の濃度以上となることを示した。2.Farkasとの共同研究で、自然数全体上のフィラターにおけるタワーを調べ、ダイヤモンドのもとで、タワーを含まない極大フィルターが存在することや、near coherence offiltersのもとで、全ての極大フィルターがタワーを含むことを示した。また、多くの定義可能なフィルターにタワーが含まれないが、解析的なP-フィルターについて、連続体仮説のもとでタワーを含むが、Mathias-形のモデルにおいてタワーを含まないことを証明した。3.Brooke-Taylorとの共同研究で、Cichonの図式における実数の基数不変量の大小関係についての多くの結果や、いくつかの無矛盾性の証明を、到達不可能基数kappaに対する一般化されたカントル空間2のkappa上のコンテキストへ拡大した。

集合論極大のほとんど交わりがない集合族(mad families)、極大フィルター(ultrafilters)やギャップ(gaps)についての研究がおおむね計画通り進展しているが、「i(Borel) = iかどうか?」や「余解析的な極大の独立な集合族の存在が連続体の基数不変量の値へどのような影響があるか?」などの極大の独立な集合族(maximal independent families)についての基本的な問題が未解決のまま残されている。Toernquistが余解析的なmad familyとSigma^1_2 mad familyの存在が同値であることを示したため、mad familiesについての記述集合論の観点からの研究が当初の計画通りできた。Mad familiesについての組合せ論的集合論の観点からの研究もおおむね計画通り進展しているが、「a(closed)=a(Borel)であるかどうか?」や「a(Borel) geq hであるかどうか?」などの重要な問題が未解決のまま残されている。強制法の理論をはじめ、組合せ論的集合論、記述集合論、トポロジーや測度論などの数学の分野の最先端の技法を用いて、下記の問題の解決に焦点を絞って、極大のほとんど交わりがない集合族(mad family)、極大の独立な集合族(maximal independent family)、極大フィルター(ultrafilter)やギャップ(gap)に関連する基数不変量についての理解を深めて行く。また、それらの極大性条件を満たす集合族の射影的階層における定義可能性についての研究も行って行く。まず、余解析的(coanalytic)なmad familiesや極大の独立な集合族の非存在と、射影的階層における集合のいくつかの正則性の性質(regularity properties)の関係を調べる。例えな、Sigma 1 2集合のラムズィー性質が余解析的なmad familiesの非存在を導くかどうか、などの未解決の問題について研究を行う。また、極大条件を満たす射影的な集合族の基数不変量の値との関係をより深く調べる。実数の集合論や強制の理論などについては世界的に研究が行われているため、海外の指導的研究者との意見交換や共同研究は必要不可欠である。そのため外国旅費に重点をおく計画である。現在の主な研究打合せや研究の成果発表の予定は下記通りである。5月:ボン大学で行われる研究集会にて招待講演及びKoepkeやSchlichtなどの研究者との共同研究。さらに、「ZFCのもとでPi^1_2 mad familiesが存在しないことが無矛盾であるかどうか?」などのmad familiesの定義可能性についての問題の解決を試みる。実数の集合論や強制法の理論などについては世界的に研究が行われているため、海外の指導的研究者との意見交換や討論、特に、共同研究は必要不可欠である。
分子表面積近似による溶媒和自由エネルギーの高精度・高速計算方法の開発

遺伝子上の核酸配列の情報に基づき細胞内で合成されたアミノ酸配列はそのままでは機能を持たない.立体構造を形成してはじめて機能が発現する.ところがこの立体構造形成機構についてはまだ十分に明らかにされていない.この解明を目的とした計算機シミュレーションにおいては溶媒分子を考慮すること,すなわち,溶媒和自由エネルギーの計算が必要となる.溶媒和自由エネルギーの計算には時間がかかるため,高速に計算する方法が求められてきた.高速に溶媒和自由エネルギーを求める方法の一つに,分子表面積を用いた近似解法(SASA法)がある.これは,分子に含まれる各原子を原子団に分類し,原子団ごとの溶媒接触表面積にパラメータを乗じたものの総和として溶媒和自由エネルギーを求める方法である.SASA法では表面積を高速に計算できれば溶媒和自由工ネルギーを高速に計算できる.そこで本研究では,平成16年度に表面積・体積の数値的解法に対して,新しい高速化アルゴリズムを開発するとともに,原子表面に均等に点を分布させる方法を用いて精度の向上を図った,表面積・体積・溶媒和自由エネルギーの高速計算プログラム,NSOLを開発した.このプログラムにより,これまでにない速度と精度での表面積・体積・溶媒和自由エネルギーの計算を実現した.また,NSOLを用いた溶媒和自由エネルギーの計算には,パラメータである各原子ごとの溶媒和自由エネルギーの寄与をあらかじめ定めておく必要がある.これまでにも研究の例があるが,正しいと言えるパラメータがない.そこで平成17年度に,正しい溶媒和自由エネルギーを与える理論として知られているRISM理論を用いて分子の複数の構造の溶媒和自由エネルギーを計算し,最小二乗法によりNSOLで用いるパラメータを定めた.従来のパラメータと比較した結果,よりRISM理論に近い溶媒和自由エネルギーを与えることが明らかになった.これにより,これまでにない速度でRISM理論による結果に近い溶媒和自由エネルギー計算を実現できた.これらの結果を受けて平成18年度は,実際のタンパク質の立体構造予測シミュレーションへの導入を試みた。その結果、構造予測計算の前提となる力場パラメータの違いが計算結果に与える影響が大きく、溶媒和自由エネルギー計算だけを精密化してもよい結果が得られないことが明らかになった。遺伝子上の核酸配列の情報に基づき細胞内で合成されたアミノ酸配列はそのままでは機能を持たない.立体構造を形成してはじめて機能が発現する.ところがこの立体構造形成機構についてはまだ十分に明らかにされていない.この解明を目的とした計算機シミュレーションにおいてな溶媒分子を考慮すること,すなわち,溶媒和自由エネルギーの計算が必要となる.溶媒和自由エネルギーの計算には時間がかかるため,高速に計算する方法が求められてきた.高速に溶媒和自由エネルギーを求める方法の一つに,分子表面積を用いた近似解法(SASA法)がある.これは,分子に含まれる各原子を原子団に分類し,原子団ごとの溶媒接触表面積にパラメータを乗じたものの総和として溶媒和自由エネルギーを求める方法である.SASA法では表面積を高速に計算できれば溶媒和自由エネルギーを高速に計算できる.表面積の高速計算には,原子の中心の座標を用いて単純化した数式により表面積を近似的に求める方法が用いられることが多い.ところが,SASA法ではわずかしか露出しない場合もある個々の原子の溶媒接触表面積を用いるため,この方法では十分な精度が得られない.一方,分子を構成する原子の表面上に点を分布させ,分子の表面に存在する点を数えることで表面積と体積を同時に計算できる数値的解法もある.こちらは,点の数を多くすることで高い精度を得ることができるが,計算に時間がかかるという問題があった.そこで本研究では,表面積・体積の数値的解法に対して,新しい高速化アルゴリズムを開発するとともに,原子表面に均等に点を分布させる方法を用いて精度の向上を図った,表面積・体積・溶媒和自由エネルギーの高速計算プログラム,NSOLを開発した.このプログラムにより,これまでにない速度と精度での表面積・体積・溶媒和自由エネルギーの計算が実現されることになる.遺伝子上の核酸配列の情報に基づき細胞内で合成されたアミノ酸配列はそのままでは機能を持たない.立体構造を形成してはじめて機能が発現する.ところがこの立体構造形成機構についてはまだ十分に明らかにされていない.この解明を目的とした計算機シミュレーションにおいては溶媒分子を考慮すること,すなわち,溶媒和自由エネルギーの計算が必要となる.溶媒和自由エネルギーの計算には時間がかかるため,高速に計算する方法が求められてきた.高速に溶媒和自由エネルギーを求める方法の一つに,分子表面積を用いた近似解法(SASA法)がある.これは,分子に含まれる各原子を原子団に分類し,原子団ごとの溶媒接触表面積にパラメータを乗じたものの総和として溶媒和自由エネルギーを求める方法である.SASA法では表面積を高速に計算できれば溶媒和自由エネルギーを高速に計算できる.そこで本研究では,平成16年度に表面積・体積の数値的解法に対して,新しい高速化アルゴリズムを開発するとともに,原子表面に均等に点を分布させる方法を用いて精度の向上を図った,表面積・体積・溶媒和自由エネルギーの高速計算プログラム,NSOLを開発した.このプログラムにより,これまでにない速度と精度での表面積・体積・溶媒和自由エネルギーの計算を実現した.NSOLを用いた溶媒和自由エネルギーの計算には,パラメータである各原子ごとの溶媒和自由エネルギーの寄与をあらかじめ定めておく必要がある.これまでにも研究の例があるが,正しいと言えるパラメータがない.そこで平成17年度は,正しい溶媒和自由エネルギーを与える理論として知られているRISM理論を用いて分子の複数の構造の溶媒和自由エネルギーを計算し,最小二乗法によりNSOLで用いるパラメータを定めた.

従来のパラメータと比較した結果,よりRISM理論に近い溶媒和自由エネルギーを与えることが明らかになった.これにより,これまでにない速度でRISM理論による結果に近い溶媒和自由エネルギー計算を実現できた.遺伝子上の核酸配列の情報に基づき細胞内で合成されたアミノ酸配列はそのままでは機能を持たない.立体構造を形成してはじめて機能が発現する.ところがこの立体構造形成機構についてはまだ十分に明らかにされていない.この解明を目的とした計算機シミュレーションにおいては溶媒分子を考慮すること,すなわち,溶媒和自由エネルギーの計算が必要となる.溶媒和自由エネルギーの計算には時間がかかるため,高速に計算する方法が求められてきた.高速に溶媒和自由エネルギーを求める方法の一つに,分子表面積を用いた近似解法(SASA法)がある.これは,分子に含まれる各原子を原子団に分類し,原子団ごとの溶媒接触表面積にパラメータを乗じたものの総和として溶媒和自由エネルギーを求める方法である.SASA法では表面積を高速に計算できれば溶媒和自由工ネルギーを高速に計算できる.そこで本研究では,平成16年度に表面積・体積の数値的解法に対して,新しい高速化アルゴリズムを開発するとともに,原子表面に均等に点を分布させる方法を用いて精度の向上を図った,表面積・体積・溶媒和自由エネルギーの高速計算プログラム,NSOLを開発した.このプログラムにより,これまでにない速度と精度での表面積・体積・溶媒和自由エネルギーの計算を実現した.また,NSOLを用いた溶媒和自由エネルギーの計算には,パラメータである各原子ごとの溶媒和自由エネルギーの寄与をあらかじめ定めておく必要がある.これまでにも研究の例があるが,正しいと言えるパラメータがない.そこで平成17年度に,正しい溶媒和自由エネルギーを与える理論として知られているRISM理論を用いて分子の複数の構造の溶媒和自由エネルギーを計算し,最小二乗法によりNSOLで用いるパラメータを定めた.従来のパラメータと比較した結果,よりRISM理論に近い溶媒和自由エネルギーを与えることが明らかになった.これにより,これまでにない速度でRISM理論による結果に近い溶媒和自由エネルギー計算を実現できた.これらの結果を受けて平成18年度は,実際のタンパク質の立体構造予測シミュレーションへの導入を試みた。その結果、構造予測計算の前提となる力場パラメータの違いが計算結果に与える影響が大きく、溶媒和自由エネルギー計算だけを精密化してもよい結果が得られないことが明らかになった。
迅速・高感度・簡便な新規骨粗鬆症モデル系の開発と予防法への応用

[研究目的]魚類のウロコには骨形成をする骨芽細胞、骨吸収をする破骨細胞およびコラーゲンを中心とする骨基質タンパクからなり、健常骨モデル、骨代謝亢進モデルおよび骨吸収亢進モデル等の骨のモデルが作成できることを既に報告している。昨年は、これらの骨モデルに機械的刺激である低強度超音波を照射しその効果を調べた。その結果、健常骨モデルおよび骨代謝亢進モデルでは、骨形成が増加し、骨代謝亢進モデルでは、さらに骨吸収が抑制される効果も明らかとなった。一方、炎症性の骨吸収亢進モデルでは、骨形成および骨吸収作用に変化がないことが明らかとなった。今年度は、ウロコモデルで確認された低強度超音波の効果をマウスの頭蓋骨を使い、哺乳類の骨代謝に対する低強度超音波の効果を調べた。[研究成果]マウス新生仔をエーテル過剰吸入麻酔後、断頭し、頭蓋骨を取り出し左右を2等分した2骨片を対照群と曝露群とした。ウロコの系で決定した強度の低強度超音波を曝露群に照射後、対照群と同様に24時間組織培養し、超音波破砕し上清の酵素活性を測定した。その結果、骨形成をする骨芽細胞活性および骨吸収をする破骨細胞活性のどちらも変化しなかった。哺乳類の骨細胞は、骨基質内に存在しているため超音波が反射され届かないためと思われた。できるだけ骨組織が薄く柔らかいマウスの新生仔頭蓋骨を使ったが、細胞が表面にいるウロコとはやはり大きく異なることが明らかとなった。したがって、哺乳類の骨代謝を改善するためには、骨基質内にある細胞にも到達しうる機械的刺激が必要なことが示唆された。また、超音波の骨代謝への効果を調べるには、骨基質の表面に骨芽細胞と破骨細胞が共存するウロコが適したモデルとなることが明らかとなった。[目的]魚類のウロコは、ヒトの膜性骨に類似した硬組織であり、骨芽細胞、破骨細胞さらにI型コラーゲンやヒドロキシアパタイト等の骨基質も備わっている。また、骨芽細胞や破骨細胞は、ウロコ表面に在るのでそのまま培養し、酵素活性も測定できる。したがって、ヒトの骨に代わるin vitro培養系として従来の骨芽細胞株では調べられなかった骨組織の相互作用を、生体内に近い状態で再現できる。そこで、キンギョのウロコを用い、新規骨粗鬆症モデル系を開発する。これらのウロコモデルに対し超音波を暴露し、骨芽および破骨細胞活性や遺伝子発現の変化を調べ骨形成促進あるいは骨吸収抑制に最適な暴露条件を検索し、骨粗鬆症予防機器開発の基礎とする。本年度は、キンギョのウロコを用い、1)骨代謝亢進モデルと骨粗鬆症モデルの作成条件検討を行った。また、2)超音波負荷を行うための超音波負荷システムの開発を行った。[研究成果]1)片側のウロコを除去すると、対側残留ウロコの破骨細胞および骨芽細胞活性が共に増加する骨代謝亢進状態となり、ウロコ新生のためのカルシウム供給源となる。われわれはこのことに着眼し、片側のウロコを除去後7日目の残留ウロコが最も骨代謝亢進状態となることを見出した。また、除去ウロコを筋肉内に自家移植すると、7日目には自家移植ウロコには多核の破骨細胞が誘導され、破骨活性が移植前の10倍近くまで増加した。さらに、自家移植10日後にはウロコのカルシウム量が有意に低下することを見出し、骨粗鬆症モデルとなることを確認した。2)われわれは、市販では得られない直径5cmの98kHz、118kHz、193KHz、502kHz、および1MHzの振動子とそれら用のインピーダンスマッチングボックスを作成した。さらに、超音波のアコースティックパワーを各振動子の平面最大出力ポイントでハイドロフォンにより計測し、振動子の実測アコースティックパワーとアンプ出力モニター値とを対応できるようにした。このことにより、全ての振動子でアンプ出カモニター値から振動子のアコースティックパワーを決定できる超音波負荷システムを作成した。また、超音波暴露による溶液中のフリーラジカル生成量をElectron paramagnetic resonance(EPR)spin trapping法により計測し、1MHzの場合アコースティックパワーが60mW/cm^2I_<SATA>まではバックグランド程度であることを確認した。[研究目的]魚類のウロコは,ヒトの骨に代わる組織培養系として従来の骨芽細胞株では調べられなかった骨形成、骨吸収の相互作用を,再現できる。昨年度は,1)骨代謝亢進ウロコと炎症性骨吸収亢進ウロコモデルを作成した。また,2)超音波負荷を行うための超音波負荷システムも開発した。そこで今年度は,1)通常ウロコへ1MHz超音波を曝露し,マーカー酵素活性と遺伝子発現から最適曝露条件を検討した。さらに,2)同じ最適条件で骨吸収、骨形成が共に増加した骨代謝亢進ウロコおよび炎症性骨吸収亢進ウロコを超音波曝露し,骨吸収や骨形成への効果を検討した。[研究成果]1)通常ウロコに対し,パルス繰り返し頻度0.5Hz,1MHz超音波の強度とその後の培養時間を変えて検討した。その結果,強度60mW/cm2 ISATAで曝露し,1824時間培養すると骨形成を行う骨芽細胞活性は有意に上昇することが明らかとなった。一方,骨吸収を行う破骨細胞活性は,変化しなかった。

骨芽細胞の活性が上昇したので,骨芽細胞で特異的に発現しているマーカー遺伝子insulin-like growthfactor-I(IGF-I)とestrogenreceptor(ER)の遺伝子発現をRT-PCRにより調べた。その結果,IGF-IのmRNAレベルは超音波刺激後3時間で増加し,ERのmRNAレベルも18時間で増加した。従って,遺伝子レベルでも骨芽細胞を活性化させることが示された。2)同条件の超音波曝露、培養により、通常ウロコより破骨細胞活性が増加した骨代謝亢進ウロコでは,骨芽細胞の活性の有意の増加に加え,破骨細胞活性の有意の低下がみられた。一方,炎症性骨吸収亢進ウロコでは,骨芽細胞、破骨細胞活性共に変化しないことが明らかとなった。したがつて,低強度超音波曝露は,閉経後の骨代謝亢進型骨吸収は抑制できる可能性が,炎症性の骨吸収の治療には適さない可能性が示唆された。[研究目的]魚類のウロコには骨形成をする骨芽細胞、骨吸収をする破骨細胞およびコラーゲンを中心とする骨基質タンパクからなり、健常骨モデル、骨代謝亢進モデルおよび骨吸収亢進モデル等の骨のモデルが作成できることを既に報告している。昨年は、これらの骨モデルに機械的刺激である低強度超音波を照射しその効果を調べた。その結果、健常骨モデルおよび骨代謝亢進モデルでは、骨形成が増加し、骨代謝亢進モデルでは、さらに骨吸収が抑制される効果も明らかとなった。一方、炎症性の骨吸収亢進モデルでは、骨形成および骨吸収作用に変化がないことが明らかとなった。今年度は、ウロコモデルで確認された低強度超音波の効果をマウスの頭蓋骨を使い、哺乳類の骨代謝に対する低強度超音波の効果を調べた。[研究成果]マウス新生仔をエーテル過剰吸入麻酔後、断頭し、頭蓋骨を取り出し左右を2等分した2骨片を対照群と曝露群とした。ウロコの系で決定した強度の低強度超音波を曝露群に照射後、対照群と同様に24時間組織培養し、超音波破砕し上清の酵素活性を測定した。その結果、骨形成をする骨芽細胞活性および骨吸収をする破骨細胞活性のどちらも変化しなかった。哺乳類の骨細胞は、骨基質内に存在しているため超音波が反射され届かないためと思われた。できるだけ骨組織が薄く柔らかいマウスの新生仔頭蓋骨を使ったが、細胞が表面にいるウロコとはやはり大きく異なることが明らかとなった。したがって、哺乳類の骨代謝を改善するためには、骨基質内にある細胞にも到達しうる機械的刺激が必要なことが示唆された。また、超音波の骨代謝への効果を調べるには、骨基質の表面に骨芽細胞と破骨細胞が共存するウロコが適したモデルとなることが明らかとなった。
4次元ポアンカレ予想を含む幾何的トポロジーの形式化

我々は幾何的トポロジーにおいて位相同型写像を作る基本的な手法を提供するビング収縮定理を証明支援系Coq/SSReflectを用いて形式化した。この定理は直感的には異なるように見える空間の間に位相同型写像を与える時に用いられる。この定理の重要な応用例の一つはフリードマンによる4次元ポアンカレ予想の解決であり、そこでは、キャッソンハンドルと標準的ハンドルの間の位相同型写像が構成される。我々は、この定理を形式化するために、まだ多くの形式化を必要とするが、本質的な困難は形式化に必要な膨大な時間だけであると考えている。我々は形式化の負担軽減の目的で、Coqへの簡単なpythonインターフェースも作った。ビング収縮定理の形式化は、我々が初めてCOQを用いて26年度内に達成したが、これをさらに一般シェンフリース定理や、フリードマンによるシェンフリース定理の形式化に繋げ、さらに、より一般の幾何的トポロジーの広範な形式化に発展させるためには、特異ホモロジー論を始めとする代数的トポロジーの基礎部分を形式化することが不可欠である。このためにはINRIA(フランス国立情報学自動制御研究所)が4色定理やファイト・トンプソンの定理を形式化するために開発した数学ライブラリであるMathcompの代数ライブラリーを利用することが重要であると考えられる。ところがこのライブラリはSSReflect拡張で書かれており、通常のCOQとの互換性はとられていない。このような状況であるので、我々のCOQによる形式化をSSReflectのコードとしたことは実際的な意義が大きく、この形式化の広範な進展の実行の可能性を広げるものである。COQにおけるProp型(命題型)による集合の定義に基づくと、そのままでは集合の特性関数を得ることができず、ビング収縮法やセルラー集合の収縮において現れる無限の部分集合系の扱いができない。すなわち、無限部分集合列をそのまま扱おうとすると、元は無限の証明列を与えなければ定義されず、実用的ではない。このことは幾何的トポロジーの形式化におおきな障害となる。このため、Prop型とbool型を行き来する仕組みとしてのSSReflect拡張を使用することが有効である。従って、27年度に我々のBing収縮定理COQによる形式化からSSReflect拡張に書き換えることができたことは、実際上の重要な進展と考えている。また、これによってINRIA(フランス国立情報自動制御研究所)が開発している数学ライブラリMathcompの利用がより容易になることも、形式化の進展に寄与すると考えられる。また、我々はM.ブラウンの一般シェンフリース定理のセルラー集合の(形式化されたビング収縮定理を直接は使わない)抽象的な定式化のもとで、形式化することにほぼ成功している。この方法はM.フリードマンによる可算シェンフリース定理の形式化に向かって、必要なステップである。実際、可算シェンフリース定理の証明においては、関数でなく、その拡張概念としての「関係」の極限値が扱われており、これは直接的にはビング収縮定理でカバーされていない部分であり、セルラー集合の抽象的設定での収縮の形式化によって可能となる。ポアンカレ予想の形式化は、時間と労力をつぎ込むことによって十分可能であると考えるようになったか、それ以上に、この研究の過程で、このような形式化を行うにあたり、より本質的なのは「構成可能性」にどう対処するか、ということであると考えるようになり、「実数」概念のように、この意味で扱いにくい(不透明な)概念を使う前に、組み合わせ的に可能な一般論を展開することが重要であると考えるようになった。我々の文脈でいえば、フリードマンの加算シェンフリース定理をそのまま形式化すると、まず、次元nというパラメーターがあり、各次元ごとに、n次元球面という、実数概念を用いて定義される図形があり、その上で証明が(決定可能性や排中律、選択公理を自由に使って)なされるが、抽象的胞体性を定義し、それを用いることによって、このような具体的な図形の定義に依存しない可搬な形式化になり、さらに、実数概念の使用を遅らせることができる。さらに進んで、多様体の概念自体も、より組み合わせ的に行いたいと考えるようになった。そこで、古典的論理と既存のライブラリを使用した形式化を急ぐよりも、議論の本質部分を抽象概念として抽出すること、また、多様体の概念自体も実数に依存しない組み合わせ的な形で形式化する方向に研究が向かっている。これまでの研究によって、証明支援系を現状のまま用いた場合、4次元ポアンカレ予想の核心部である、キャッソンハンドル=位相的ハンドル定理を形式化することに限っても、形式化にかかる時間・コストは当初の予想よりはるかに大きいことが判明してきた。これは、世界的に見ても、形式化がまだ組み合せ論や有限群論等の分野の周辺で進んでいるものの、トポロジーや多様体論の方向では全く進んでいないため、関連研究の利用ができない状況も影響している。それと同時に、ここ2年程度の間に、コンピューターが論理的推論を効率的に行う可能性が広がってきている。そこで、研究代表者はより包括的なアプローチとして、形式化の作業をコンピュータによって自動化する方法を探索することとした。現状でCOQで提供される自動証明はLtacという特殊言語でプログラムされるもので、局所的な自動化にとどまっている。ごく近年、深層学習フレームワークtensorflowがGoogle我々は幾何的トポロジーにおいて位相同型写像を作る基本的な手法を提供するビング収縮定理を証明支援系Coq/SSReflectを用いて形式化した。

この定理の重要な応用例の一つはフリードマンによる4次元ポアンカレ予想の解決であり、そこでは、キャッソンハンドルと標準的ハンドルの間の位相同型写像が構成される。我々は、この定理を形式化するために、まだ多くの形式化を必要とするが、本質的な困難は形式化に必要な膨大な時間だけであると考えている。我々は形式化の負担軽減の目的で、Coqへの簡単なpythonインターフェースも作った。我々はM.ブラウンによる一般シェンフリース定理の形式化は抽象的設定のもとでほぼ完成に近づいている。抽象的設定とは、球面や円板の性質を用いて証明の形式化をえるもので、球面や円板の具体的表示の仕方に依存しない方法として重要である。実際、キャッソンハンドルや、それを積み上げたタワーを形式化するとき、キャッソンハンドルの具体的表示式を使うやりかたでは、具体的図形としては、複雑なものなので、仮に形式化できたとしても、全くポータブルでないものになってしまい、利用できない。そこで、この抽象的設定のもとでの形式化の方針を堅持する。M.ブラウンによる、このような方針での形式化を完成させた後、フリードマンによる可算シェンフリース定理の形式化にとりかかる。ここでは関数でなく、その拡張概念としての「関係」の極限を扱う。このような基本的概念を縦横に使うことを円滑化するために、集合論的トポロジーの形式化を平行して進める。可算シェンフリース定理の形式化の先には、キャッソンハンドルの形式化の問題にとりくむ。より一般にキャッソンハンドルのタワーや、円板でなく曲面を利用したグロウプ構成の形式化も行う必要がある。ここに至ると代数トポロジーの基本概念を使用する必要が出てくる。そのために、基本群や特異ホモロジー論の形式化が成されなければならない。すなわち代数トポロジーの形式化も平行して進める。これによって、本題の幾何的トポロジーの形式化をもっとも汎用性の高いやりかたで行う予定である。COQ/SSReflectを用いた形式化の仮定として、基本的にはINRIA(フランス国立情報学自動制御研究所)の既存ライブラリ等を用いて、ポアンカレ予想に向けた形式化を急ぐ当初の計画は維持するが、構成可能性を重視すると同時に、決定可能集合の型を定義し、基本的な部分から諸命題を記述していくようにする。また、同じ観点から、構成可能性の点から不透明な概念である実数概念の使用を議論の後の方にできるだけ移動し、多様体の概念自体も、組み合わせ的に行うようにする。これは組み合わせ的(PL)多様体論の実数概念を用いない組合せ的形式化であるので、これ自体が重要であると考えている。実数概念に依存しない抽象論で単体的複体を扱うことになるが、これを基礎に多様体論を展開するためには、単体細分の定式化が不可欠である。単体的集合の一般論では、単体細分の概念がほとんどないが、Jardineによる単体近似の定式化を利用して、これが行えないかを研究したいと考えている。トポロジービング収縮定理のCOQ/SSReflectによるFormalizationBaire範疇
ニホンツキノワグマにおける秋期栄養状態が繁殖成立へ及ぼす影響の生理学的検討

飼育下妊娠雌ニホンツキノワグマ(以下、クマ)において、秋の採餌供給量を減少させ、栄養状態を低下させた場合に、繁殖の成否および白色脂肪組織(WAT)より分泌されるレプチンの分泌量にどの様な影響を及ぼすのかを考察する実験を行った。成熟雌グマ4頭を用い交尾期に自然交配させたが、うち1頭は交尾行動が確認されなかった。この交尾行動を示さなかった個体の血中プロジェステロン(P4)濃度は9月から11月末まで一貫して低値を示し、正常な生殖周期を示さなかった。したがって、この個体を除く3頭の結果を以下に記す。10月20日より給餌量を通常の半量(約2200kcal)に、11月10日よりさらに半量(約1000kcal)に減量した。給餌減量以降、各個体において緩やかな体重の減少が確認された。体脂肪量は11月初旬に一旦減少したが、11月下には緩やかに上昇し、冬眠中は減少し続けた。血中レプチン濃度は、給餌量減少後もほぼ一定のレベルを保ち続け、冬眠開始後の12月に減少し、1月に上昇した。WATにおけるレプチンmRNA発現は、10月に有意な上昇があり、11月上旬には減少し、有意差はないが11月下旬に再度上昇が確認された。血中P4濃度は、これまでに報告されている妊娠グマと同様の血中動態を示し、1月の超音波診断では全3頭の妊娠が確認された。以上より、今回の採餌供給量の減少は体重および体脂肪量状態には若干の変化をもたらしたが、繁殖への影響はなかった。秋に採餌量の減少が生じても、体脂肪蓄積促進または体脂肪量を維持するメカニズムがあることが示唆された。今回の結果からは、レプチンの繁殖に関わる可能性は確認できなかったが、給餌量減少に伴う体重減少中にも血中レプチン濃度が保たれていることおよびレプチンmRNAの10月の有意な上昇と11月下旬の上昇(有意差なし)について、さらに検討を進める必要がある。
光駆動によるマイクロ・ナノマニピュレータの開発

本研究は光を駆動エネルギとしてマイクロからナノメートルオーダの物体のマニピュレータを開発することを目的とした.光ファイバーの端面から光を入射すると,光ファイバーカンチレバーがフォトサーマル効果によって駆動する.これは光ファイバ先端を斜めに研磨し黒く塗装して,この部分で光によって局所的に温度変化による熱膨張が発生することによりトラッピングのための爪が駆動する現象である.一般に,熱エネルギを用いるアクチュエータは熱伝導,放熱に時間がかかるため,動作速度が遅いと考えられる.しかし,微小な環境ではスケール則が成り立つため体積に対して表面積を大きく1秒以下の高速駆動が可能となった.実際に光ファイバーカンチレバーの製作技術の検討・試作を行った.ミクロな世界においては物体間の相互の関係が単純にスケーリングで成り立たないことが多いので,必要に応じて新たな理論付けをしたうえで,シミュレーションからも検討を行った.以上によって得られた結果から最適な光ファイバーカンチレバーを製作した上で,マイクロマニピュレータの製作を行い,実験的な基本特性を得た.さらに,光ファイバカンチレバーを3次元マイクロ・マニピュレーションシステムとして構築した.本年度はマイクロ・ナノマニュピレータでの駆動にあわせて光を照射するため,走査する光の高精度の位置決めのためのマイクロスコープに電動ステージを取りつけ自動化操作も可能となった.以上,ソフトウエアの開発も含めて行い,実際のバイオ・生体サンプルを把持して3次元操作や立体構造物の製作を可能とした.本研究は光を駆動エネルギとしてナノメートルからマイクロメートルのオーダの物体を把持するマニピュレータの開発を試みた.これのマニピュレータは3本の光ファイバーカンチレバーからなり,このカンチレバーを構成する光ファイバに光を入射することによってファイバの先端が変位させ物体の把持を行うものである.今年度はまず,フォトサーマル効果によって駆動する光ファイバカンチレバーを試作した.このカンチレバーは光ファイバ先端を斜めに研磨し黒く塗装したものである.フォトサーマル効果によって光ファイバ先端が局所的に温度変化による熱膨張が発生する.これにより,マニピュレータの爪が駆動する.一般に,熱エネルギを用いるアクチュエータは熱伝導,放熱に時間がかかるため,動作速度が遅いと考えられるが,微小な環境ではスケール則が成り立つため体積に対して表面積を大きく取十分な応答速度が得られた.最適な先端の形状を有限要素法によってシミュレーション解析を行った後,実際に石英とプラスチックを材料とする光ファイバーカンチレバーを製作した.また,実際に3本の光ファイバーカンチレバーからなる光駆動ナノ・マイクロマニピュレータを構築した.これは実際の駆動時にその場観察が可能なように顕微鏡下とし,xyz方向に光駆動マニピュレータ全体を電気アクチュエータで駆動させることが出来る機構を持つマニピュレーションシステムとした.実際に光ファイバに半導体レーザ光を入射することによって,光ファイバの先端を変位させた結果,直径250μmの金属片を把持してxyzの3軸方向に500μm移動させることに成功した.本研究は光を駆動エネルギとしてマイクロからナノメートルオーダの物体のマニピュレータを開発することを目的とした.光ファイバーの端面から光を入射すると,光ファイバーカンチレバーがフォトサーマル効果によって駆動する.これは光ファイバ先端を斜めに研磨し黒く塗装して,この部分で光によって局所的に温度変化による熱膨張が発生することによりトラッピングのための爪が駆動する現象である.一般に,熱エネルギを用いるアクチュエータは熱伝導,放熱に時間がかかるため,動作速度が遅いと考えられる.しかし,微小な環境ではスケール則が成り立つため体積に対して表面積を大きく1秒以下の高速駆動が可能となった.実際に光ファイバーカンチレバーの製作技術の検討・試作を行った.ミクロな世界においては物体間の相互の関係が単純にスケーリングで成り立たないことが多いので,必要に応じて新たな理論付けをしたうえで,シミュレーションからも検討を行った.以上によって得られた結果から最適な光ファイバーカンチレバーを製作した上で,マイクロマニピュレータの製作を行い,実験的な基本特性を得た.さらに,光ファイバカンチレバーを3次元マイクロ・マニピュレーションシステムとして構築した.本年度はマイクロ・ナノマニュピレータでの駆動にあわせて光を照射するため,走査する光の高精度の位置決めのためのマイクロスコープに電動ステージを取りつけ自動化操作も可能となった.以上,ソフトウエアの開発も含めて行い,実際のバイオ・生体サンプルを把持して3次元操作や立体構造物の製作を可能とした.
麻痺肢集中使用法に関する中脳皮質辺縁ドパミン系の作用メカニズムの解明

麻痺側集中使用(CIMT法)によるリハビリテーションは、障害された上肢の機能を改善する。このとき、モチベーションに関係する脳内回路である中脳皮質辺縁ドパミン系の関与を明らかにすることを目的として実験を行った。この回路の働きを選択的に遮断するために、主要な中継点と考えられる腹側被蓋野(VTA)と運動皮質(M1)の2か所にウイルスベクターを注入したが、感染を示す結果は得られなかった。この原因として、ウイルスの取り扱いのエラーや、注入手技の習熟が不十分であることなどが考えられる。また、ウイルスベクターの設計や、注入箇所・注入回数に関しても再検討が必要と考えられる。脳内出血モデルラットに対して麻痺側集中使用リハビリテーション法(CIMT法)を行い、運動機能的、組織学的、分子生物学的、電気生理学的な回復効果を見出してきた。本研究ではモチベーションに関係している「腹側被蓋野-一次運動野経路」が「脳出血後のCIMTによる機能回復」にどの程度関与しているか検討することを目的とした。これまでに、文献(Kinoshita M, et al, 2012)を参考に、健常Wistar雄ラットに対して、ウイルスベクターの注入実験を開始し、当研究室での二重ウイルス感染法の手技を確立することに注力した。具体的には、生理学研究所伊佐研究室からの技術移転、実験セットアップの確立、ウイルス注入法の確立とその実施である。逆行性のウイルスベクター(NeuRet-TRE-EGFP.eTeNT)をM1領域8か所に、順行性のウイルスベクター(AAV1-CaMKII-rtTAV16)をVTAに注入し、ドキシサイクリン(DOX)投与を行うことで、経路を遮断する実験を行った。これまでに正確な位置に注入が行われていることが確認できた。現在は、免疫染色法等による感染の確認、ニッスル染色による感染後の障害の確認を行っている。技術移転を行ってウイルスを使用した実験を当研究室で開始するにあたり、申請手続きに時間を要したが、実際にウイルスを注入する実験をこれまでに開始できている。現在は実際に感染が起こっていることを確認するため、免疫染色を試みている。内包出血の作製手法および麻痺側強制使用による出血後リハビリテーション手技については既に確立しているため、この部分がボトルネックになることはないと考えられる。申請書の記載内容に照らせば実験の段階としてはやや遅れがあるが、現在行っているウイルス二重感染法が確立されれば、速やかに内包出血後のリハビリテーションのおけるVTA-M1経路の関与の有無、程度が確認できる見込みである。これまでに、二重ウイルス感染法の手技を確立するため、健常Wistar雄ラットに対するウイルスベクターの注入実験を開始できている。既に当研究室で確立されている運動皮質および中脳赤核に対する注入を参考に実験を行っているが、腹側被蓋野(VTA)-運動皮質(M1)経路において、感染を示すGFPの発現は現在までに十分確認されるに至っていない。ウイルスの取り扱いのエラーによる失活や、注入手技が未確立であるため、生存する個体数が十分量得られなかったことなどが、現在の問題点として挙げられる。現在、ウイルスベクターの取り扱い、注入手技等を確認して、再度実験を行うことを計画している。また、ウイルスベクターの設計、serotype・promoterの種類や、注入箇所・注入回数に関しても、再度検討の余地があるものと考えられる。今回の研究活動スタート支援により、必要な試薬類は全て揃えることができており、セットアップは完了している。実験の施行には全く問題ないため、VTA-M1経路への二重ウイルス感染法を確立することを第一の目標として、今後も実験を継続していく予定である。現在までの部分はトラブルなく遂行できており、今後の研究計画に変更はない。まずは実際に感染が起こっていることの確認を綿密に行う(免疫染色、in situ hybridization)。次に二重ウイルス感染法を施した動物に対し内包出血を起こし、その後経路を遮断して麻痺側集中使用を行う。その後、効果を行動評価および電気生理学的実験(皮質内微小刺激, ICMS)により明らかにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。神経科学28年度が最終年度であるため、記入しない。
宇宙線電子・陽電子観測による暗黒物質検出の可能性

超対称性理論の予言するニュートラリーノや余剰次元理論の予言するカルツァークライン粒子のようなWIMP暗黒物質は、対消滅や崩壊の過程でガンマ線や電子・陽電子を生成することが計算されている。本研究では、これらの二次粒子の中でも、特に電子・陽電子成分に着目し、宇宙線中の電子・陽電子成分の観測によるWIMP暗黒物質検出の可能性を検討した。WIMP暗黒物質を起源とする単一エネルギーの電子・陽電子は、100GeVからTeV領域のエネルギーを持つと期待されている。しかしながら、これまでに観測されている100GeV以上の宇宙線電子・陽電子観測データは不十分であり、ECCによる観測がほとんど唯一であった。このためPPB-BETSによる観測データを解析し、最終的な100GeV-1TeV領域の宇宙線電子+陽電子エネルギースペクトルを導出した。また、宇宙線電子+陽電子の到来方向を世界に先駆けて初めて求めることに成功し、等方的な到来方向と矛盾しないことを示した。100GeV以上の宇宙線電子+陽電子の現在までの観測結果を説明するためには、WIMP暗黒物質の寄与がなくても統計的には説明可能であるが、WIMP暗黒物質の対消滅により発生する電子、陽電子が存在すると仮定すると、エネルギーは890GeV、エネルギーフラックスは6.5×10^<-2>E^<-2>(m^<-2>s^<-1>sr^<-1>GeV^<-1>)として解釈できる。WIMP質量に相当する電子・陽電子エネルギーは予測の範囲内であるが、フラックスは一桁以上大きく、さらに統計精度の高い電子・陽電子観測が望まれる。このため、宇宙ステーションへの搭載が計画されている宇宙線電子観測装置CALETに着目し、存在が予言されているWIMP暗黒物質から生成される電子+陽電子およびガンマ線が、CALETによりどのように観測されるのかを検討した。その結果から、CALETによる間接観測によりWIMP暗黒物質が有意に検出できる可能性があることを示した。WIMP暗黒物質の対消滅により生じる単一エネルギーの電子、陽電子は、100GeV以上のエネルギー領域で観測されることが期待されている。しかしながら、100GeV以上のエネルギー領域での宇宙線電子+陽電子観測は、エマルションチェンバー(ECC)による30年以上にわたる気球実験と南極上空でのATICによる長時間気球実験でなされているだけである。南極周回気球による宇宙線電子観測実験(PPB-BETS)でも100GeV以上の宇宙線電子観測が行われていたが、エネルギースペクトルは不十分なままであった。このため、PPB-BETSの観測データから、ほぼ最終的な形で宇宙線電子+陽電子のエネルギースペクトルを導出した。また、これまでの宇宙線電子+陽電子スペクトルを評価し、PPB-BETSの結果がBETSを始めとするこれまでの100GeV以下のエネルギースペクトル、ATICによる100GeV以上のエネルギースペクトルと一致していることを確認した。次に、WIMP暗黒物質の対消滅により生じる単一エネルギーの電子、陽電子は銀河系内を伝播して地球に到達するため、べきが-2乗のべキ型関数とHeaviside階段関数を組み合わせたエネルギースペクトルになることが期待される。エマルションチェンバーを始めとする100GeV以上の宇宙線電子+陽電子スペクトルに対して、観測装置のエネルギー分解能を取り入れて、この関数形を用いてWIMP暗黒物質起源の電子+陽電子フラックスの上限値、および対応する暗黒物質の質量を導出した。

将来計画としては、宇宙ステーション搭載用電子観測装置CALETによる10TeVまでの宇宙線電子+陽電子観測計画がある。存在が予言されているWIMP暗黒物質から期待される電子+陽電子エネルギースペクトルがCALETによりどのように観測されるのかをシミュレーションし、有意に検出できる可能性があることを示した。超対称性理論の予言するニュートラリーノや余剰次元理論の予言するカルツァークライン粒子のようなWIMP暗黒物質は、対消滅により電子・陽電子を生成することが計算されている。これらの電子・陽電子の内、特に単一エネルギーの電子・陽電子は100GeVからTeV領域のエネルギーを持つと期待されている。しかしながら、これまでに観測されている100GeV以上の宇宙線電子・陽電子観測データは不十分であり、ECCによる観測がほとんど唯一であった。このためPPB-BETSによる観測データを解析し、最終的な100GeV-ITeV領域の宇宙線電子+陽電子エネルギースペクトルを導出した。また、宇宙線電子+陽電子の到来方向を世界に先駆けて初めて求めることに成功し、等方的な到来方向と矛盾しないことを示した。100GeV以上の宇宙線電子+陽電子観測結果を説明するためには、WIMP暗黒物質の寄与がなくても統計的には十分説明可能であるが、例えば最も高エネルギーまで観測を行っているECCの電子+陽電子観測データを用いて、WIMP暗黒物質の対消滅により発生する電子・陽電子パラメータを求めると、エネルギーは890GeV、エネルギースペクトルは6.5×10^-2E^-2(m^-2 s^-1 sr^-1 GeV^-1)として解釈できる。WIMP質量に相当する電子・陽電子エネルギーは予測の範囲内であるが、フラックスは一桁以上大きく、将来計画による電子・陽電子観測が望まれる。将来計画での検出可能性の検討としては、特に宇宙ステーション搭載用宇宙線観測装置CALETに着目し、幾つかのWIMP暗黒物質パラメータにより計算を行った。その結果から、電子・陽電子、ガンマ線のハイブリッドな観測によりWIMP暗黒物質の間接観測が十分可能であることを示した。
肺癌の発生および正常の肺機能における癌抑制遺伝子PTENの機能解析

PTENは広範な腫瘍において変異の見られる癌抑制遺伝子であり、その先天的なヘテロ異常はCowden病、Banayan-Zonana症候群などの過誤腫を伴い高率に悪性化する疾患を引き起こすことが知られている。EGF, PDGF, IGFなど様々な成長因子受容体刺激によって活性化されるPI3キナーゼは、ホスファチジルイノシトール二リン酸(PIP2)をリン酸化してPIP3を生成し、それによりAktを介するシグナル伝達が活性化される。Akt自身癌遺伝子であり、PI3キナーゼ経路の異常は癌化において重要であるが、PTENはPIP3を脱リン酸化する脂質フォスファターゼであり、PI3キナーゼの経路を負に制御している。PTENは小細胞性肺癌における変異がいくつか報告されており、非小細胞肺癌においてもその約半数においてPTENの蛋白発現が減少消失することが報告されていることから、PTENの異常が広く肺癌の発症に関与している可能性が高い。本研究ではPTENfloxマウスと、肺胞上皮細胞特異的かつDoxycyclin依存的にCreを発現するトランスジェニックマウス(J.A.Whitsett博士より供与)とを交配し、肺胞上皮細胞特異的PTEN欠損マウスを作成した。これらマウスにおいては、90%が出生直後に肺胞上皮の過形成のために死亡し、のこりの10%は長期に生存した。これらのマウスを長期観察したところ、高率に非小細胞肺癌が発症した。現在これらの分子メカニズムを詳細に解析中である。