hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
冷却不安定原子を用いた電子電気双極子能率探索

物質優勢宇宙の創成機構を探る上で、電子の電気双極子能率(EDM)は重要な情報を与える。本研究では、レーザー冷却放射性元素を用いた新しいEDM測定手法を確立した。標準理論を超える有力な候補の一つ・超対称性理論では、電子のまわりを超対称性粒子が伝搬することで、大きなEDMを生じる事が予測されている。我々は、相対論効果により原子系で最大の電子EDM増幅効果を有する放射性元素・フランシウムに着目し、レーザー冷却・トラップ技術を用いて、国際的に先駆けてFr生成・冷却・トラップによるオンラインEDM測定技術を確立した。冷却・トラップ原子を用いる事で、相互作用時間を格段に伸ばし測定精度の向上を実現した。物質優勢の宇宙はどのように生じてきたのか、物質・反物質対称性の破れの機構解明を目指し、「冷却不安定原子を用いた電子電気双極子能率(EDM)探索の次世代実験技術を確立する。標準模型で予想されるEDMは極めて小さく、他方、標準模型を超える様々な理論は、新しいCP非保存のパラメータを有しているため大きなEDMを予測しており、標準模型を超える現象を探索するプローブとしてEDMは重要となる。今回、EDMの増幅度が最大である原子数最大のアルカリ原子・フランシウム(Fr)に着目する。この実験技術の特徴の一つは、原子核反応で生成する放射性元素であるフランシウム(Fr)をレーザーを用いて急速に冷却し高真空中にトラップすることで、測定時間を飛躍的に伸ばすところにある。特にFrとともに、Frと化学的性質の類似したRb(ルビヂウム)も同じ光学系で冷却・トラップできるようにして、加速器を運転せずにオフラインでRbを用いて実験装置の運転パラメータ、校正を行える構造にする。平成21年度は、その心臓部であるレーザー光源の整備を行った。安定した強度のレーザー光供給を行うため、空調・除湿機能を備えたレーザー専用実験室の整備を行い、レーザー光源室から放射線管理区域にあたるFr冷却・トラップ室まで光ファイバーを150mに渡って敷設した。またFr冷却・トラップ用光源の整備を進めた。さらにRb冷却・トラップ用光源は、外部共振器型半導体レーザーとテーパーアンプの組み合わせにより開発を行い、1W以上の高強度を実現している。Rb原子線ビーム用のオーブンの設計を進め、次年度に製作を完了し、RbによるFr生成用表面イオン化器、ビーム輸送系、中性化器、レーザー冷却装置、磁気光学トラップに至るすべての装置の性能評価を行えるようにする予定である。物質・反物質非対称性(CP非保存)の機構解明をめざし、基本粒子(電子)における高精度電気双極子能率(EDM)探索技術を確立することが本研究の目標である。素粒子標準模型では、電子EDMの大きさはきわめて小さく、また標準模型を超える様々な理論では、新しい対称性・超対称性とその破れの効果により予測されている超対称性粒子の伝搬により、有限のEDMが存在することが予測されている。電子EDMの探索は、CP非保存や時間反転対称性、そして超対称性といった基本対称性とその破れの機構を探る敏感なプローブの一つである。本研究では、電子EDMの増幅度が最大である放射性元素フランシウム(Fr)に着目し、Frを原子核反応で生成し、オンラインでレーザーを用いて急速冷却、そして高真空中にFrトラップして測定する。EDMの測定には、磁場と電場によるスピン歳差運動の周期を高精度で測定する必要があるが、その精度は、測定原子の個数、スピン偏極保持時間、印加電場・磁場の一様性等で決まってくる。本研究では、レーザー冷却された大強度Fr原子を高真空中に局在化させてトラシプすることで、外場の一様性を確保し、さらに光で形成される格子上のポテンシャルに、1個づつ原子を配置することで、トラップ原子間の衝突を緩和して長い偏極保持時間を実現する。今年度、融解標的を用いた表面電離型イオン源の開発に成功し、融合反応を用いた方式では世界最高強度のFrおよび引き出し効率を実現した(2011年6月ベルギーで開催の国際会議・ARISで成果報告)。

本研究では、電子EDMの増幅度が最大である放射性元素フランシウム(Fr)に着目し、Frを原子核反応で生成し、オンラインでレーザーを用いて急速冷却、そして高真空中にFrトラップして測定する。EDMの測定には、磁場と電場によるスピン歳差運動の周期を高精度で測定する必要があるが、その精度は、測定原子の個数、スピン偏極保持時間、印加電場・磁場の一様性等で決まってくる。本研究では、レーザー冷却された大強度Fr原子を高真空中に局在化させてトラップすることで、外場の一様性を確保し、さらに光で形成される格子上のポテンシャルに、1個づつ原子を配置することで、トラップ原子間の衝突を緩和して長い偏極保持時間を実現する。今年度、融解標的を用いた表面電離型イオン源の開発に成功し、融合反応を用いた方式では世界最高強度のFrおよび引き出し効率を実現した(2011年6月ベルギーで開催の国際会議・ARISで成果報告)。さらに原子をトラップ・冷却し、その原子を後段の磁気光学トラップ(MOT)へ移送するダブルMOTも、Rbを用いて原子トラップ・怜却・輸送を確認し、その技術確立を進めた(国際会議・FPUA2011で成果報告)。またFrの冷却・トラップに必要なレーザー光源、そしてそれらの周波数安定化等の開発を進め、光源に関しての整備をほぼ完了した。本研究の目的は、宇宙における反物質消失の機構を解明する新しい実験手法「レーザー冷却された放射性元素(RI)の電気双極子能率(EDM)精密測定技術」を確立することである。これまで、電子EDMの増幅度が最大である原子量最大のRI・フランシウム(Fr)に着目し、核融合反応を用いたFr生成用表面電離型イオン源、ビーム輸送系、中性化装置、磁気光学トラップ装置(MOT)、レーザー光源の開発を進め、全て予定通り実験装置の立ち上げが行われている。最終年度である今年度は、最下流のEDM測定系の開発に集中し、FrのMOT、および光双極子トラップ(ODT)、そして磁力計の開発の3つの項目を重点的に進めた。これまでの研究によりトラップ効率が低い要因は、中性Fr原子がFrイオンビームを導入するポートから損失するレートが大きい事が理解されてきたので、中性化ターゲットに回転機構をつけてMOTの入射ポートを密閉し、Frのトラップ効率を向上させる改造を行った。また、アルカリ原子であるFrはMOTセル内壁に吸着されやすいため、この吸着によるトラップ効率悪化を防ぐために、セル内壁にコーティングを施し、Frが効率よく壁に吸着されずに跳ね返りやすい構造にした。さらに、ヨウ素分子を用いた周波数安定化の光学系を新規に立ち上げ、安定してFrの共鳴波長にロックする事を可能にした。これらの結果、Fr放出用標的の加熱時間に相関を持つ蛍光信号を得る事に成功し、FrのMOTの技術を確立した。このMOTでトラップした原子集団を、光のみの光双極子トラップ(ODT)で捕獲することが必要であるが、共鳴波長から離調した光源(ファイバーレーザー)を用いて、さらに偏光勾配冷却も導入することで、効率よくMOTからの原子集団をODTでトラップすることに成功した。すべてのEDM測定のための技術開発を完了し、EDM測定の系統誤差評価実験を進めている。本研究は、宇宙における物質・反物質の対称性の破れの機構を解明するために、新しいCP対称性の破れ(物質・反物質非対称性)の現象を探索をめざし、電子の電気双極子能率(EDM)の次世代測定技術の確立を目指している。
B細胞分化における免疫グロブリンの品質管理とその破綻

昨年度の研究で確立した、in vitroでのプレB細胞レセプター(preBCR)発現による骨髄プロB細胞の分化誘導システムを用いて、「品質」の異なる種々のIgHμ鎖をμ鎖欠損マウス由来の骨髄プロB細胞に発現させた。導入したμ鎖の代替L鎖との結合能に比例して、preBCRの発現レベル、preBCRからのシグナル強度、プレB細胞の増殖・分化の程度に違いが認められたが、preBCR発現の経時変化は酷似していた。すなわち、preBCR発現は一過性で、μ鎖遺伝子導入後1日目をピークとして、いずれの場合も3日目には発現が消失した。これまでの研究では、preBCRからのシグナルによって代替L鎖遺伝子の転写が抑制される結果preBCRの発現が終焉するとされてきたが、本研究での解析から、転写抑制がおこる以前にすでに蛋白レベルでpreBCRの発現抑制がおきていることが判明した。preBCRのシグナル伝達にかかわるBLNKを欠損するマウスでは、プレB細胞上でのpreBCRの発現停止がおこらず、プレB細胞の白血病化を誘導することが示されている。したがって、プレB細胞の増殖制御には、蛋白レベルでの素早いpreBCRの発現制御が必要なものと考えられる。そこでBLNK欠損プレB細胞株に、発現誘導型のBLNK発現ベクターを導入して、preBCRの発現終焉を誘導できる系を樹立した。その結果、preBCRからのシグナルにより、代替L鎖の転写抑制以前に、preBGRの細胞内への取り込み(internalization)が促進し、細胞表面でのpreBCR発現終焉がこおることがわかった。このpreBCRの発現制御の破綻によりプレB細胞が白血病化すると考えられることから、この系を用いて、現在その分子機構を解析している。B細胞が胎児肝臓や成体骨髄において分化する過程で、免疫グロブリン遺伝子の再構成がおこり、その結果形成されるさまざまなH鎖とL鎖の組み合わせにより、膨大なB細胞レセプター(BCR)レパートリーが形作られる。しかし、V-(D)-Jセグメントのアットランダムな組み合わせによって作り出されるH鎖とL鎖のそれぞれに関して、BCRを形成する以前に、どのようにして品質管理がなされているかに関してはよくわかっていない。昨年度の研究で、フローサイトメトリーを用いた新規解析法により、マウス骨髄ならびに胎児肝において、プレB細胞レセプター(preBCR)形成能のあるμH鎖を発現しているプレB細胞とpreBCR形成能のないμH鎖を発現しているプレB細胞とを識別・単離する方法を確立した。そこでさらに、preBCR形成能のあるμH鎖を詳細に解析した結果、各μH鎖と代替L鎖の結合能はall-or-noneではなく、多種多様でかなりの幅があることが判明した。さらに、両者の結合能が高いほど、プレB細胞上のpreBCRの発現レベルが高く、かつpreBCRを介するシグナルが強いことがわかった。preBCRの発現レベルが高いほど、プレB細胞の増殖ならびに分化が強く誘導され、preBCRの高いものと低いものでは、B細胞への分化能が50倍以上も違うことがわかった。さらに、代替L鎖との結合能の高いμH鎖ほど、κL鎖との結合能も高いことが強く示唆された。すなわち、BCRの形成以前に、preBCRの形成時点でμH鎖の品質をチェックし、将来的にL鎖と効率よく結合できるような高品質なμH鎖を産生したプレB細胞をpreBCRのシグナルを介して選択的に増殖・分化させる巧妙な仕組みが存在することが明らかとなった。
マイクロカプセル化ラ氏島移植における血管新生および至適移植部位の検討

マイクロカプセル化ラ氏島は、免疫隔離膜に覆われているために拒絶反応を受けることなく異種移植に向けて期待が寄せられている。しかし、カプセル自体の大きさの問題により移植部位として主に腹腔内移植が行われてきた。腹腔内移植ではマイクロカプセル化したラ氏島は長期間腹腔内に存在することにより、生体に対して影響を及ぼすと考えられる。今回の実験にて、腹腔内に移植されたマイクロカプセルは大網内や横隔膜下の肝皮膜下に吸収されることがわかった。組織学的に、大網内の機能の衰退したカプセル周囲には炎症細胞が浸潤し中皮細胞の過形成を認めた。肝皮膜下のカプセル周囲には、組織球系のformy cellが浸潤し、肝臓内にも鬱血が所々に認められた。ここまでの結果はcell transplantationに投稿中である。以上の結果よりマイクロカプセル化ラ氏島の腹腔内移植は、腹腔内臓器に影響を与え、摘出も困難なため他の移植部位の検討が必要ではないかと考えられた。マイクロカプセル化ラ島は、移植部位に充分量のスペースが必要となり、腹腔内移植の他にカプセル化ラ島を皮下に誘導した大網下に移植できるとなると、開腹せずに再移植が可能となり、ドナー確保の問題点における解決策になるものと考えられる。また、生体異物であるカプセルは機能不十分時に生体から摘出しなければならない問題があり、腹腔内移植では摘出が困難でカプセル化ラ氏島の皮下誘導大網下移植が解決策になるものと考えられ、現在皮下誘導大網下移植の実験を検討中である。
不等分裂における細胞質分裂面決定機構に関する研究

不等分裂を行う褐藻類の受精卵の最初の細胞質分裂がどのように進行していくか,アクチンはどのような働きをもっているのかについて微細構造レベルで明らかにするために,急速凍結置換法という固定法を用いて透過型電子顕微鏡で詳細に観察を行った。その結果,アクチンは細胞質分裂面に供給される平板小嚢と呼ばれる構造の形成に関与していることが明らかになった一方,細胞質分裂面の決定には直接関与していないことが示唆された。本年度は、褐藻ヒバマタ、エゾイシゲの細胞質分裂過程がどのように進行していくかについて、核分裂(受精後16時間)から細胞質分裂後(受精後24時間)にかけて、急速凍結置換法により固定を施した細胞の微細構造観察を行った。その結果、(1)核分裂終了後の娘核の間に粗面小胞体(rER)が発達、(2)細胞質分裂に関与する平板小嚢と呼ばれる構造はrER由来である、(3)アクチンフィラメントの重合阻害は核分裂を阻害しないが、平板小嚢形成を阻害することにより細胞質分裂の進行を妨げる、(4)抗アクチン抗体を用いた免疫電子顕微鏡法において分裂予定域に発達するアクチン分子の存在を確認する、という成果が得られた。また、ゴルジ体からの小胞形成を阻害するBrefeldinAの投与により、平板小嚢の形成が阻害されないこと、平板小嚢のみで、ある程度細胞質分裂が進行する、しかしながら、細胞壁成分の沈着が阻害されるということが明らかになった。これらの結果は国内外の学会で発表を行い、また現在、国際誌投稿にむけて論文を作成中である本年度の研究により、褐藻類の細胞質分裂過程の詳細を明らかにすることができた。特に大きな成果は申請者が2002年カヤモノリで細胞質分裂過程を報告した際に、明確に記すことができなかった平板小嚢の形成と由来を明らかにすることができたこと、そして、これまで褐藻類では細胞質分裂予定域にアクチンからなるプレート状構造が形成されると報告されてきたが、初めてそのアクチンフィラメントの存在を、免疫電子顕微鏡法で確認することができたことが挙げられる。褐藻類の細胞質分裂面では,娘核近傍に存在する中心体から伸長してくる微小管が交差するとともに,プレート状アクチン構造(AP ; actinplate)が観察される。細胞質分裂面にはゴルジ体由来の小胞と小胞体由来の平板小嚢が集められ,それらの融合によって隔膜形成が行われる。本研究では褐藻ヒバマタ,エゾイシゲの受精卵を用いて細胞質分裂におけるAPの働きについて,アクチン重合阻害剤(latrunculin B ; LB)の投与や電子顕微鏡による観察で調べたところ, (1)隔膜形成に不可欠な平板小嚢の形成, (2)平板小嚢の細胞質分裂面への配置,(3)発達途中の隔膜からのエンドサイトーシスによる膜の回収に関与している可能性が示唆された。一方,ゴルジ体からの小胞分泌を阻害するbrefeldin A(BFA)の投与では,前年度,褐藻カヤモノリ接合子で報告した通り,(1)平板小嚢の分裂面への集積は観察されたが, (2)隔膜形成は完了せず,著しい遅延が起こっている,(3)未完成の隔膜からエンドサイトーシスによる膜の回収が頻繁に行われていることが明らかになった。BFA存在下の細胞は,細胞質分裂が未完のまま次の細胞周期が開始されることとなり, APは細胞周期の進行に伴って一旦消失することが明らかになった。しかしながら, 2回目の核分裂終了後, 4核となった娘核の間に再び, APが出現する様子が観察された。新たにAPが形成される領域は, 1回目の核分裂後に出現したAPの位置とは関係なく, 4核の娘核間で交差する微小管の部位に相当していた。本研究結果から,細胞質分裂面決定には,細胞質分裂面に形成されるAPではなく,中心体から発達する微小管が重要であり,細胞質分裂が完了しなかった場合, APの形成領域は,細胞周期の進行とともに解消されることが明らかとなった。
「里海」の景観構造とその維持管理における伝統的生業活動の役割

背後の集落・耕地を含めた「里海」の景観構造と、そこに成り立つ「人間を含めた生態系」の全体像を検証し、伝統的生業活動が「里海」の維持管理に果たしてきた役割を解明することを試みた。奄美大島北部のサンゴ礁沿岸をフィールドに、潜水による海藻群落調査、村落の生業に関する史料調査と聞き取り調査、SWAT(Soil and Water Assessment Tool)による水循環プロセスのモデル化を行い、生業と生態系変化との関係について分析した。初年度はまず「里海」に関する先行研究について分析し、現状の到達点と諸課題を、琵琶湖などの「里湖」の事例と比較しつつ整理した。次にサンゴ礁の「里海」における景観単位析出のための基礎的作業として、奄美大島北部の大字佐仁をフィールドに、以下のような調査・分析を開始した。1.サンゴ礁浅海の藻類群落調査と景観生態学的分析(服部)佐仁集落の前面に位置するサンゴ礁浅海において、藻類群落の分布様式についてシュノーケリングによる水中調査を実施し、あわせてGPSによる分布地点の記録を行った。2.行政所蔵史料の調査と村落住民の生業に関する聞き取り調査(佐野)大島支庁・町役場が所蔵している戦前期および昭和30年代の統計資料や地形図類を収集し、それらから推定されるかつての生業活動の諸形態について、佐仁集落で聞き取り調査を行った。3.水文学的手法によるシミュレーションの検討(田中)SWATモデルの適用について作業を開始し、「国土数値情報」をはじめとする土地利用情報や地質・地形に関する現地データを収集した上で、シミュレーションの技術的課題について検討した。二年目以降は、各自の調査をさらに深化させるとともに、その成果について相互に検討・照合することを予定している。上記の各調査についてはまだ手探りの段階であるが、各自が開発しつつある調査方法や、その分析手法の有効性自体については、一部学会等で発表した。二年目の本年は、「里海」の景観構造と伝統的生業活動について、奄美大島北部をフィールドに以下の調査を実施した。1.サンゴ礁浅海域デジタル画像の解析と藻類群落との対応に関する現地調査(服部)佐仁集落前のサンゴ礁のデジタル航空写真画像を解析して基質カテゴリーを分類した後、現地でのシュノーケル潜水による水中観察を実施し、藻類群落が成立する基質カテゴリーの特徴を調査した。2.村落の景観変化と生業活動に関する聞き取り調査(佐野・田中)佐仁における漁撈などの伝統的生業活動と、サトウキビ転作以前の農業について聞き取り調査を行なった。また沿岸部における砂浜の消失やサンゴの減少など、土地利用の変化との関わりが疑われる現象についても調査した。3.水文学的手法によるシミュレーションの検討(田中)モデルに必要なデータ一式を整備し、モデル構築の具体的な準備作業を完了させた。主要データである土地利用については昭和40年代から5時点の詳細データを入手し、対像地域において大規模な農地利用の転換が進む過程を空間的に把握することができた。以上、各自の成果の照合によって「里海」景観の全体構造が解明されつつあり、最終とりまとめへの方向性を見出すことができた。また3についてはこのデータを基にモデルを構築し、転作による環境負荷の変化を定量的に評価する方向で考えている。最終年である本年は、「里海」の景観構造と伝統的生業活動がその維持に果たしてきた機能について、奄美大島北部をフィールドとする現地調査の補足および三年間の成果の集約を行った。1.サンゴ礁浅海域の景観分析と藻類の潜在的生育場所に関するスノーケル調査(服部)佐仁集落前のサンゴ礁において、新旧の航空写真画像から読み取れる景観要素を実際の底質や海藻群落の有無と現地にて対応づけ、熱帯性ホンダワラ類がかつて繁茂していた場所の特性を明らかにした。2.村落の生業活動の変化に関する分析と景観復原(佐野)佐仁集落および喜瀬集落において、地先サンゴ礁における海藻採取とその糊料利用および肥料利用について聞き取り調査を行った。採取活動に伴う栄養塩類の陸上への移動と、生業の変化による海域の環境変化について分析した。3.水文学的手法によるシミュレーションの検討佐仁川流域の水循環プロセスをSWAT(Soil and Water Assessment Toolによりモデル化し、1970年代以降の農業振興政策にともなうサトウキビ栽培の普及が流域の栄養塩・土壌流出を有意に増加させてきたことをシミュレーションから明らかにした。以上の各研究成果の照合によって、背後の陸域まで含んだサンゴ礁浅海の「里海」の景観構造と、生業活動の変容に伴うその環境変化の動態が具体的に明らかになった。これらの結果については、一部を口頭発表のうえ、学術誌に投稿中である。
前十字靭帯損傷における神経筋制御機構の解明と損傷予防プログラムの開発

本研究では3種類の関節運動の組み合わせにおける運動の協調性を定量化する新たな解析手法を開発し,健常者と前十字靱帯損傷者における運動の協調性の違いを検証すること,さらにその際の生体力学的な違いおよび筋活動の違いを検証することにより,前十字靱帯損傷に関する神経筋制御機構を解明し,新たな損傷予防プログラムを開発することを目的としている.本年度は前年度に実施した2種類の関節運動の組み合わせに関する運動の協調性の定量化手法(Vector Coding法)を応用し,3種類の関節運動に対してVector Coding法を適応させる手法を開発し,運動の協調性となる新たな指標の作成および検証を行った.健常女性17名と前十字靱帯再建者7名を対象とし,両脚スクワット動作中の関節運動と筋活動を3次元動作解析システムと表面筋電計を用いて計測した.その結果,健常女性と前十字靱帯再建者の間に新たな指標での違いは見られなかった.そこで課題動作をより動的に不安定なもので検証するため,新たに16名の健常女性を対象として片脚でのスクワット動作を開眼条件,閉眼条件で計測し,解析を行った.股関節,膝関節,足関節における関節運動について,その中から3種類の関節運動の組み合わせを抽出し,前述の運動の協調性を求めて,閉眼条件と開眼条件で比較した.また,下肢6筋の筋活動量を計測し,同様に閉眼条件と開眼条件で比較した.その結果,閉眼条件で股関節屈曲-膝関節屈曲-膝関節内反の関節運動における運動の協調性が,開眼条件と異なるパターンを示すことが明らかとなった.また筋活動についても開眼条件と閉眼条件で異なる活動パターンを示し,特に股関節周囲筋で違いが大きいことが明らかとなった.これらのことから,今回開発した手法がより動的不安定性の大きい動作では運動の協調性の違いを反映しやすいことが示唆された.解析モデルの作成は順調に進んでおり,計測データの解析と検証を継続して行っているが,安定性の高い動作では健常者と前十字靱帯再建者では差が認められなかったため,当初予定していた課題動作を変更する必要が生じた.そのため,追加データの計測並びに解析がやや遅れている.また前十字靱帯損傷者のリクルートが当初の予定より不足しており,データの計測がやや遅れている.前年度から所属が変更となったため,計測環境を所属機関ではなく研究協力機関に変更して研究を遂行していく.まず機器の整備と検証を行い,また当該施設における倫理申請も同時に進めていく.前年度は当初の予定より前十字靱帯損傷者のリクルートが少なかったため,今後は協力機関に研究協力を仰ぎながら,前十字靱帯損傷者の計測を行っていく.さらにこれまでに得られた成果を元に学会発表並びに論文執筆を行い,広く研究成果を公表していく予定である.平成29年度は,3関節における関節運動の協調性を検証するモデルを作成する前段階として, Vector Coding法を使用して2関節における関節運動の協調性を定量化するモデルを作成し,得られたデータと膝前十字靭帯損傷のリスク因子に関連する力学的要因との関係性を検証した.実験は健常女性10名を対象に行った.スクワット動作を60bpmの速さで連続100回実施し,3次元動作解析装置と床反力計を用いて動作の計測行った.得られたマーカーデータから関節角度を求め,Vector Coding法を用いて股関節屈伸ー膝関節内外反と股関節内外転ー膝関節屈伸角度におけるCoupling Angleを算出し,100回中の変動性をCoupling Angle Variability(CAV)として算出した.得られたCAVと床反力データの関係性を検証した.その結果,股関節内外転ー膝関節屈伸角度のCAVと,床反力前方および内側方成分の間にそれぞれ有意な正の相関がみられたことから,膝関節屈曲に伴う股関節の内外転運動が膝前十字靭帯損傷のリスクの力学的要因を増加させる指標となり得ることが明らかとなった.平成30年度は前年度に計測した健常者の筋電データの解析を進めつつ,前十字靱帯損傷者5名の運動学データおよび筋電データの解析も同時に進める.さらにVector Coding法を応用した3関節間の協調性を定量化するモデルを完成させ,健常者および前十字靭帯損傷者においてモデルの検証を行う予定である.膝前十字靭帯損傷者の測定人数が計画していた人数を下回っていることと,3関節間の協調性モデルのプログラム作成に高度な数値解析ソフトウェアが必要であり,現在しているソフトウェアを変更する必要が生じたため,計画の進行がやや遅れている.本研究では3種類の関節運動の組み合わせにおける運動の協調性を定量化する新たな解析手法を開発し,健常者と前十字靱帯損傷者における運動の協調性の違いを検証すること,さらにその際の生体力学的な違いおよび筋活動の違いを検証することにより,前十字靱帯損傷に関する神経筋制御機構を解明し,新たな損傷予防プログラムを開発することを目的としている.本年度は前年度に実施した2種類の関節運動の組み合わせに関する運動の協調性の定量化手法(Vector Coding法)を応用し,3種類の関節運動に対してVector Coding法を適応させる手法を開発し,運動の協調性となる新たな指標の作成および検証を行った.健常女性17名と前十字靱帯再建者7名を対象とし,両脚スクワット動作中の関節運動と筋活動を3次元動作解析システムと表面筋電計を用いて計測した.その結果,健常女性と前十字靱帯再建者の間に新たな指標での違いは見られなかった.

そこで課題動作をより動的に不安定なもので検証するため,新たに16名の健常女性を対象として片脚でのスクワット動作を開眼条件,閉眼条件で計測し,解析を行った.股関節,膝関節,足関節における関節運動について,その中から3種類の関節運動の組み合わせを抽出し,前述の運動の協調性を求めて,閉眼条件と開眼条件で比較した.また,下肢6筋の筋活動量を計測し,同様に閉眼条件と開眼条件で比較した.その結果,閉眼条件で股関節屈曲-膝関節屈曲-膝関節内反の関節運動における運動の協調性が,開眼条件と異なるパターンを示すことが明らかとなった.また筋活動についても開眼条件と閉眼条件で異なる活動パターンを示し,特に股関節周囲筋で違いが大きいことが明らかとなった.これらのことから,今回開発した手法がより動的不安定性の大きい動作では運動の協調性の違いを反映しやすいことが示唆された.解析モデルの作成は順調に進んでおり,計測データの解析と検証を継続して行っているが,安定性の高い動作では健常者と前十字靱帯再建者では差が認められなかったため,当初予定していた課題動作を変更する必要が生じた.そのため,追加データの計測並びに解析がやや遅れている.また前十字靱帯損傷者のリクルートが当初の予定より不足しており,データの計測がやや遅れている.平成30年度は新たな施設に研究協力を依頼する予定であり,その施設で膝前十字靭帯損傷者の被験者を募って計測を行っていく.また継続して健常者の計測も行っていく.解析モデルの作成については,使用する数値解析ソフトウェアを変更してプログラムを組み直し,平成30年度内にモデルを完成させ,解析も進めていく.前年度から所属が変更となったため,計測環境を所属機関ではなく研究協力機関に変更して研究を遂行していく.まず機器の整備と検証を行い,また当該施設における倫理申請も同時に進めていく.前年度は当初の予定より前十字靱帯損傷者のリクルートが少なかったため,今後は協力機関に研究協力を仰ぎながら,前十字靱帯損傷者の計測を行っていく.さらにこれまでに得られた成果を元に学会発表並びに論文執筆を行い,広く研究成果を公表していく予定である.実験対象者が計画より少なかったため,人件費と謝金に差額が生じた.平成30年度は実験と解析を継続するため,人件費と謝金の差額は減少する予定である.また,英文校正や論文投稿費用が必要になると計画している.
機能改良の分子設計に関わる蛋白質立体構造の基礎的研究

本研究は、タンパク質結晶学者が、タンパク質工学の発展に寄与するためタンパク質の立体構造を基礎とした分子設計に関わる研究を推進する有効な方法を調査・研究することを目的とした。そこで、我が国におけるこの方面の現状を知るため、「蛋白質立体構造研究の最近の進歩とその諸問題」及び「計算機を用いた立体構造研究法の最近の進歩」と題するセミナーをそれぞれ2日間にわたって、他の研究グループと共同で開催するとともに、分担者全員による研究会議、協力者を加えた研究会を数度にわたって開催し、上記目的達成のために必要な研究方法を検討した。その結果、蛋白質工学の発展という立場から、現在最も強く要求されていることは蛋白質のX線結晶構造解析の推進であるという結論に達した。そこで、これを推進するために早急に解決しなければならない具体的事項について検討し、それらの事項の具体的な解決策を検討した。次にX線結晶構造解析の推進に対して研究・調査した結果について述べる。1.タンパク質の結晶化:本研究において、約1500件のタンパク質の結晶化に関する情報を収集し、一次構造、物理化学的性質と結晶化条件との相関を求め、その相関からいくつかの酵素の結晶化を試み、比較的良好な結果を得た。2.回折強度データの収集:超強力X線源であるシンクロトロン放射光のタンパク質結晶解析への利用及び2次元X線検出器としてイメージングプレイトの利用を検討した。特に後者の利用はタンパク質構造解析に対して極て有効である。3.タンパク質構造解析のソフトウェア:我が国にあるソフトウェアを集積し、ユニバーサルプログラムを開発し、公開する。すでに分担者らによって集積作業を開始した。
保型形式の次元公式

有界対称領域の保型の次元について、その跡公式による公式について、次のような研究を行った。離散群の中心的巾単元の次元公式への寄与を、概均質ベクトル空間のゼータ関数の特殊値で記述すること、およびその特殊値自身の研究。ここでいう概均質ベクトル空間は有界対称領域の正則自己同型群を与える代数群の極大放物型部分群の巾零根基の中心のなす、形式的実ジョルダン代数から得られる物であり、ゼータ関数は、これに付随する凸体のゼータ関数である。跡公式自身のゼータ関数の特殊値による表示は、III型の領域の一部に付いては新谷よる結果が20年近く前に知られていたが、それ以外に付いてはほとんどなにも知られていなかった。今回、ポアソン公式等を収束を込めてくわしく見ることで、概均質ベクトル空間の一般論には含まれず、また記述もできないデータ積分の間の新しい関数等式を得、これによって古典対称領域についての中心的巾単元の寄与に付いては、かなり一般的な定理を得た。ある程度まともな離散群について、寄与はみなゼータ関数の0または負での値で書ける。これらの定理は、みな具体的に記述でき、実際に次元を求めるのに役立つ。また、特殊値については、研究としてはかなり別のカテゴリーにはなるが、いずれも実際に値が記述できる(というよりむしろゼータ関数自身が分かりやすい関数でかける)という数年来筆者が行っている研究によれば具体的な次元公式にかなり近づいたといえる。以上に付いて、IV型に力点をおいて、代数学シンポジウムで報告(7月愛媛大)、概均質の一般的枠内での理論の集大成に付いて研究集会で報告(10月京大)、また古典有界対称領域の次元公式について研究集会で報告(1月京大)をおこなった。
超音波画像,筋電図及び顎運動記録を組み合わせた舌運動異常の多面的評価

舌運動異常を多面的に解析,評価するため,咀嚼時の顎運動と顔面骨格形態の関連,嚥下時の顎筋・外舌筋の活動と顔面骨格型の関連,正常嚥下者と舌突出癖者の嚥下時舌背の上下動を調べた.1.前方滑走運動の距離と角度は∠ANB,Overbite,Overjetと有意な正相関があった.前方開口運動角と後方開口運動角は∠MP-SN,∠MP-FHと有意な正相関,S-N,A'-Ptm'と有意な負相関があり,下顎限界運動範囲はGonial angleと有意な正相関,A'-Ptm',Cd-Goと有意な負相関があった.左右の側方滑走運動角はOverbiteと有意な正相関,右側方滑走運動角は,ANS-Meと有意な負相関があった.2.閉口筋の側頭筋前部,咬筋のどちらかにバーストのある者はshort face(S)群で多く,long face(L)群で少なかった.オトガイ舌筋(GG)と顎二腹筋前腹(DI)の活動開始の時間差は,S群とaverage face(A)群ではGGがDIより先に活動を開始したが,L群では殆どなかった.GGの筋活動の積分値は,S群がA群に比べて大きかった.3.舌背の上下動のパターンは,嚥下開始時に上昇するタイプUと,沈み込んでから上昇するタイプDに,上昇後にプラトー形成が明瞭なタイプ1,不明瞭なタイプ2,プラトー形成のないタイブ3に分類された.正常嚥下者(NS)群ではU-1型が6名,U-3型が3名,D-2型とD-3型がそれぞれ3名,舌突出癖者(TT)群ではD-2型とD-3型がそれぞれ5名に分けられた.これらのパターン間で上下動の計測値を比較すると,最下点と最高点の高さ,基準線より下にある時間,最初の下降速度,上昇後の下降速度には有意差がなかったが,最高点に達する時間はU-1型が最も短かくプラトーにある時間はU-1型が最も長かった.最高点に達するまでの上昇速度はU-1型が最も速かった.舌運動異常を多面的に解析,評価するため,咀嚼時の顎運動と顔面骨格形態の関連,嚥下時の顎筋・外舌筋の活動と顔面骨格型の関連,正常嚥下者と舌突出癖者の嚥下時舌背の上下動を調べた.1.前方滑走運動の距離と角度は∠ANB,Overbite,Overjetと有意な正相関があった.前方開口運動角と後方開口運動角は∠MP-SN,∠MP-FHと有意な正相関,S-N,A'-Ptm'と有意な負相関があり,下顎限界運動範囲はGonial angleと有意な正相関,A'-Ptm',Cd-Goと有意な負相関があった.左右の側方滑走運動角はOverbiteと有意な正相関,右側方滑走運動角は,ANS-Meと有意な負相関があった.2.閉口筋の側頭筋前部,咬筋のどちらかにバーストのある者はshort face(S)群で多く,long face(L)群で少なかった.オトガイ舌筋(GG)と顎二腹筋前腹(DI)の活動開始の時間差は,S群とaverage face(A)群ではGGがDIより先に活動を開始したが,L群では殆どなかった.GGの筋活動の積分値は,S群がA群に比べて大きかった.3.舌背の上下動のパターンは,嚥下開始時に上昇するタイプUと,沈み込んでから上昇するタイプDに,上昇後にプラトー形成が明瞭なタイプ1,不明瞭なタイプ2,プラトー形成のないタイブ3に分類された.正常嚥下者(NS)群ではU-1型が6名,U-3型が3名,D-2型とD-3型がそれぞれ3名,舌突出癖者(TT)群ではD-2型とD-3型がそれぞれ5名に分けられた.これらのパターン間で上下動の計測値を比較すると,最下点と最高点の高さ,基準線より下にある時間,最初の下降速度,上昇後の下降速度には有意差がなかったが,最高点に達する時間はU-1型が最も短かくプラトーにある時間はU-1型が最も長かった.最高点に達するまでの上昇速度はU-1型が最も速かった.超音波画像,筋電図及び顎運動記録を組み合わせて舌運動を多面的に解析,評価するために以下のことを計画した.1.咀嚼及び嚥下時の舌運動の正常と異常について,舌運動と外舌筋・顎筋の活動パターン及び顎運動経路を明らかにする.2.正常と異常の舌運動パターンをもとに,フィードバックの手段を用いて舌運動異常者の機能回復訓練を行い,その効果を客観的に評価する.3.舌運動異常の診断基準及び機能回復訓練の診断基準を考案する.初年度は,超音波診断装置の探触子2本を購入した.さらに超音波画像を規格化するための探触子固定装置の製作を業者に依頼し,方法論の確率を行った.今年度は,確率された方法論に基づいて,舌運動と外舌筋・顎筋及び顎運動の同時記録を行う.さらに得られたデータの解析結果をまとめ,国内及び国際の関連学会で発表して論文投稿する予定である.

舌運動異常を多面的に解析,評価するため,咀嚼時の顎運動と顔面骨格形態の関連,嚥下時の顎筋・外舌筋の活動と顔面骨格型の関連,正常嚥下者と舌突出癖者の嚥下時舌背の上下動を調べた.1.前方滑走運動の距離と角度は∠ANB,Overbite,Overjetと有意な正相関があった.前方開口運動角と後方開口運動角は∠MP-SN,∠MP-FHと有意な正相関.S-N,A'-Ptm'と有意な負相関があり,下顎限界運動範囲はGonial angleと有意な正相関,A'-ptm',Cd-Goと有意な負相関があった.左右の側方滑走運動角はOverbiteと有意な正相関,右側方滑走運動角はANS-Meと有意な負相関があった.2.閉口筋の側頭筋前部,咬筋のどちらかにバーストのある者はshort face(S)群で多く,long face(L)群で少なかった.オトガイ舌筋(GG)と顎二腹筋前腹(DI)の活動開始の時間差は,S群とaverage face(A)群ではGGがDIより先に活動を開始したが,L群では殆どなかった.GGの筋活動の積分値は,S群がA群に比べて大きかった.3.舌背の上下動のパターンは,嚥下開始時に上昇するタイプUと,沈み込んでから上昇するタイプDに,上昇後にプラトー形成が明瞭なタイプl,不明瞭なタイプ2,プラトー形成のないタイプ3に分類された.正常嚥下者(NS)群ではU-1型が6名,U-3型が3名,D-2型とD-3型がそれぞれ3名,舌突出癖者(TT)群ではD-2型とD-3型がそれぞれ5名に分けられた.これらのパターン間で上下動の計測値を比較すると,最下点と最高点の高さ,基準線より下にある時間,最初の下降速度,上昇後の下降速度には有意差がなかったが,最高点に達する時間はU-1型が最も短かくプラトーにある時間はU-1型が最も長かった.最高点に達するまでの上昇速度はU-1型が最も速かった.以上のことから,超音波画像,筋電図及び顎運動記録を組み合わせることにより,舌運動異常の多面的評価が可能と考えられた.
CLCクロライドチャネルと病態との関わりについての研究

本研究期間内に、我々はCLCクロライドチャネルについて、その生理的役割と病態とのかかわりについての理解を深めることにつながる以下の成果を得た。1)腎臓特異的なCLCクロライドチャネルであるCLC-K2の異常が、ヒトでバーター症候群を引き起こすことが明らかになり、その原因を明らかにするために、腎臓内でのその存在部位を同定することを試みた。CLC-K2はCLC-Klと蛋白レベルでの相同性が非常に高く、クローン特異的な抗体作成が非常に困難であるため、in situ hybridization法により決定した。その結果、K2は太いヘンレの上行脚、遠位尿細管に存在することが明らかになり、これらの尿細管での経上皮クロライドイオン再吸収に関与していることを明らかにできた。2) CLC-K2と非常に似ているクローンであるCLC-K1クロライドチャネルの腎臓での役割の解明を目差し、CLC-K1ノックアウトマウスを作成した。K1は以前の免疫染色の結果から、腎臓髄質内層の細いヘンレの上行脚の細胞膜上に存在し、この部位での経上皮クロライドイオン輸送にかかわり、腎髄質内層での対向流増幅系に重要であろう、つまり尿濃縮に重要であろうと考えられていたが、特異的な阻害剤などがなく、生体でのCLC-K1の役割は未確定であった。CLC-K1ノックアウトマウスは、腎性尿崩症を呈し、水なしでは2日と生きられないなど著明な尿濃縮能低下をしめし、CLC-K1の生体内での役割を特定することができた。その他、CLC-K1クロライドチャネルがZn感受性があることを発見し、この特徴を用いてこのクロライドチャネルの構造機能相関について研究を継続中である。これ以外のクロライドチャネルCLC-5については、細胞内膜系のクロライドチャネルであることを、モノクローナル抗体を作成し、腎臓近位尿細管のエンドソームにHポンプと共存していることで証明した(投稿中)。CLC-5クロライドチャネル遺伝子の異常が、低分子蛋白尿症を引き起こすこと、当初指摘されていた腎結石の原因遺伝子という認識より、この遺伝子異常の第一の症状は、低分子蛋白尿症であるべきであることを報告した。一方、CLC-3,4,5クロライドチャネルの生理的機能を探る上で、in vitroの系では、テトラサイクリン制御システムを導入し、その発現をコントロールすることで、機能解析を進める予定である。例えば、CLC-5においては、インドサイトーシスに何らかの関与が推定されているが、もともとCLC-5発現の無いCHO細胞にCLC-5を過剰発現させたときに、エンドサイトーシス機能にどのような変化が現れるかを検討する。その第一段階として、おのおののクロライドチャネルの発現細胞を確立した。また、これらのクロライドチャネルが生理的に大量に発現している細胞で、その発現をなくしたときに細胞機能にどのような影響を与えるかを評価するため、アンチセンス法なども検討している。しかしながら、よりはっきりと評価を下すために、これらクロライドチャネルのノックアウトマウスを作成すべく、タ-ゲチィングベクターの作成を進めている。ヒト電解質代謝異常と腎臓特異的クロライドチャネルCLC-K1,K2との関連を探るため、その遺伝子解析を迅速に行うための方法を確立した。これら2つの遺伝子は、相同性が高く解析が困難であるが、各々18存在するエクソンすべてに対して、K1,K2特異的に増幅できるPCRプライマーの作成を完了した。

本研究期間内に、我々はCLCクロライドチャネルについて、その生理的役割と病態とのかかわりについての理解を深めることにつながる以下の成果を得た。1)腎臓特異的なCLCクロライドチャネルであるCLC-K2の異常が、ヒトでバーター症候群を引き起こすことが明らかになり、その原因を明らかにするために、腎臓内でのその存在部位を同定することを試みた。CLC-K2はCLC-K1と蛋白レベルでの相同性が非常に高く、クローン特異的な抗体作成が非常に困難であるため、in situ hybridization法により決定した。その結果、K2は太いヘンレの上行脚、遠位尿細管に存在することが明らかになり、これらの尿細管での経上皮クロライドイオン再吸収に関与していることを明らかにできた。2) CLC-K2と非常に似ているクローンであるCLC-K1クロライドチャネルの腎臓での役割の解明を目差し、CLC-K1ノックアウトマウスを作成した。K1は以前の免疫染色の結果から、腎臓髄質内層の細いヘンレの上行脚の細胞膜上に存在し、この部位での経上皮クロライドイオン輸送にかかわり、腎髄質内層での対向流増幅系に重要であろう、つまり尿濃縮に重要であろうと考えられていたが、特異的な阻害剤などがなく、生体でのCLC-K1の役割は未確定であった。CLC-K1ノックアウトマウスは、腎性尿崩症を呈し、水なしでは2日と生きられないなど著明な尿濃縮能低下をしめし、CLC-K1の生体内での役割を特定することができた。その他、CLC-K1クロライドチャネルがZn感受性があることを発見し、この特徴を用いてこのクロライドチャネルの構造機能相関について研究を継続中である。これ以外のクロライドチャネルCLC-5については、細胞内膜系のクロライドチャネルであることを、モノクローナル抗体を作成し、腎臓近位尿細管のエンドソームにHポンプと共存していることで証明した(投稿中)。
脳腫瘍細胞膜のTNFおよびLDL-receptorと治療効果に関する研究

目的:脳腫瘍細胞の特異性に関与していると考えられている膜のリセプターのうちTNF,LDLリセプターの検索を行い、更にこれらのリセプターと脳腫瘍の治療効果について検討し、悪性脳腫瘍のより有効的な治療法の開発を行う事を目的とした。方法:1.TNF,LDLリセプター;脳腫瘍培養細胞を用い、binding assay法にて同定した。2.TNFの抗腫瘍効果の検討;1)細胞増殖抑制効果.2)細胞周期に及ぼす効果.3)ヌードマウス皮下移植腫瘍縮小効果.4)TNF動注による成犬正常脳の病理学的検討.3.TNFの臨床治験;1)悪性脳腫瘍患者に対する治療効果.2)TNFの髄液移行度、腫瘍内濃度、異常の項目につき検討した。結果:1.3種類の細胞はいずれもTNFリセプターを46002400/cell有しておりヒトはラットに比べ4-5倍のリセプター数であった。LDLリセプターも有し細胞により多寡がある事が確認出来た。2;1)TNFの細胞増殖抑制効果はリセプター数の多い順に強く、ラットではほとんどみられなかった。放射線との併用で作用は増強傾向をみた。2)TNFは細胞周期をG_2+M、S期に同調させる傾向がみられた。3)TNFの皮下移植腫瘍の縮小効果はリセプター数の多い腫瘍に高く、静注より局注がより有効であった。病理学的には4時間後より腫瘍血管の変化が著明であった。4)TNF内頚動脈注射による成犬正常脳の異常はみられなかった。3.8例の悪性脳腫瘍患者のうち2例にTNF投与で部分寛解の有効例がられた。主な副作用は血圧低下と発熱であり重篤なものはなかった。TNF静注では髄液および腫瘍内にTNFは検出されなかったが動注後腫瘍内で検出出来た。実験方法:1)Binding assay法にて^<125>IーTNF,^<125>IーLDLを作用させ細胞表面に結合した放射活性をγーcounterで測定し細胞一個あたりのreceptor数をscatchard plot解析より求める.2)TNFの作用機序に関する実験ーIn vitro:脳腫瘍培養細胞の増殖抑制効果,cellcycleに及ぼす影響,In vivo:ヌードマウス移植脳腫瘍(皮下)にTNF 10000u/0.05mlを腫瘍内,又は静注にて投与し腫瘍縮少率を病理学的検討を行った.実験結果:1)ヒト培養細胞(KWN,Marcus)は24000,18000/cellのTNFリセプターを有しておりラットグリオーマ細胞(9L)の4600/cellより多かった.一方LDLリセプターの検索は2種類のラットグリオーマ細胞(9L,C_6)で実施し9L細胞に約2倍のリセプターをみた.2)TNF作用機序ーi)細胞増殖抑制効果ー5種類のグリオーマ細胞で検討した結果3種類の細胞に増船抑制効果をみた. ii)細胞周期に及ぼす効果:3種類のグリオーマ細胞中2種類でG.ナ_<2.ニ>+M期の細胞増加傾同をみた(48時間72時間後). iii)ヌードマウス皮下移植腫瘍では5種類のグリオーマ細胞いずれにも投与2週間以内に50%以上の縮少効果がみられ腫瘍内直接投与がより有効であった.投与48時間以内に腫瘍内に出血壊死が出現した.考察:脳腫瘍細胞にはTNF,LDLいずれのリセプターも豊富に有しており腫瘍特異性,治療効果を検討する上で重要と考えられた.

目的:前年度(昭62年)の基礎データを基に本年度は主にTNFの併用療法とTNF治療法、特に投与方法の検討と、臨床治験、臨床におけるTNF薬物動態について検討した。方法:1.TNF併用療法の検討(in vitro):ヒト脳腫瘍培養細胞(KWN細胞)を用い、放射線照射10GyとTNF1000v/mlの併用効果の検討を行った。:2.TNF動注における成犬正常脳に及ぼす影響の検討;TNF5×10^4U/kgを成犬内頚動脈内に注入後24時間および6日後に2%エバンスグルー1mg/kg注入直後剖検し脳血液関門および正常脳に及ぼす影響を病理学的に検討した。:3.TNFの臨床治療効果の検討:8例の悪性脳腫瘍患者にTNFを週2回、静注にて25万単位より漸増投与し、CTにて治療効果を判定し、副作用についても検討した。更にTNFの体内薬物動態(髄液移行度、腫瘍内濃度)についても検討した。結果:1.TNF放射線併用療法では放射線照射後12時間後にTNFを投与した群で最も腫瘍増殖抑制効果が高かった。2.TNF内頚動注後の成犬正常脳には異常所見はなく動脈内投与は臨床においても可能と考えられた。3.8例の悪性脳腫瘍患者中2例に部分質解が得られた。副作用は血圧低下と発熱が一過性に出現するが容易に回復し重篤なものはなかった。更にTNFの薬物動態では静注では髄液及び腫瘍内にTNF移行はみられないが、動注では腫瘍内にのみ移行がみられた。結論:TNFは単独よりも放射線との併用により効果が得られ、静注法よりも動注法がより有効であり、更に局注も含め検討したいと考えている。
オリゴ糖の多様性を利用した安全な抗がん剤の開発

ヒト骨髄性慢性白血病細胞の増殖を強く抑制する二糖(MelNH2, Galα1-6GlcNH2)の開発や、その臨床応用に向けた研究を進めてきた。MelNH2が通常の抗がん剤のような副作用のない安全なものとなれば、広く社会に貢献できる。がん細胞がMelNH2を取り込む機序の解明は残っているが、がん細胞のクロマチン凝集や小胞体からのカルシウムイオンの放出を招き、アポトーシスを誘導すると思われる。又メタロチオネインの異常発現から、がん細胞はMelNH2を排除するためメタロチオネインを総動員させると推測された。リボ核タンパク質がMelNH2と反応し、そのスプライシング機能を阻害することも推測された。1酵素合成したGalα1-6GlcNH2のがん細胞増殖抑制作用は、ヒト由来(慢性白血病細胞、卵巣がん細胞、肺がん細胞等)、マウス由来(腹水がん細胞、肉腫細胞、大腸がん細胞等)やイヌリンパ腫細胞で確認された。in vivo実験ではマウスに腹水がんの腹腔移植や背部移植を実施してオリゴ糖の組織内投与や尾静脈投与を行った。投与3050日後にがん組織の状態を目視(外観及び剖検)し、5060%のマウスにがん組織の消失と2030%に縮小が観察された。2オリゴ糖のがん細胞への取り込みはgalectin-1が¥の関与が推測されたことを受けて、recombinant galectin-1と種々のオリゴ糖の結合性をBiaCoreで解析した。結果、Galα1-6GlcNH2との結合性は認められなったが、galectin-1が正常のものであることや、がんgalectin-1は立体構造が異なるとの報告から、結論を得るには至らなかった。従って、本年度は学内研究機関とgalectin-1の立体構造のがん性変化を検討し、がんgalectin-1類似物を作成して、糖との反応性の解明をする。3オリゴ糖を20数種のがん種の増殖抑制効果について調べたところ、数種のがん細胞に弱い抑制が見られたことから、Topo 2αを抑制する可能性があると予測した。これを受けてオリゴ糖によるTopo2の直接的阻害効果の有無を確認する実験と、オリゴ糖を添加したがん細胞の抽出液に含まれるTopo2の酵素活性のレベルを明らかにする実験に取り組む準備を整えた。更に、ヒト由来の高転移性乳がん細胞で、CD44、アンジオポエチン、galectin-9の高発現が転移と深く関わるとの報告があることから、オリゴ糖添加がこれらの分子にどのような影響を与えるのかなどを遺伝子発現と分子発現のレベルを調べているところである。1目的のオリゴ糖(Galα1-6GlcNH2)の中規模合成が企業と他大学研究者の共同で可能となった。100gレベルの合成と精製が可能となることで、協力・共同できる研究者(本学や他大学)に提供できるようになった。これによって研究の推進が一層期待できると考える。特に、様々なヒトがん種に対する詳細なデータが得られるものと考える。更に、がん罹患イヌや小動物へ静中・経口投与によるオリゴ糖の効果確認や継続投与の効果も確認できる。2Topo2に対するオリゴ糖の阻害実験では活性を阻害することは確認されなかった。これによって、当初予想されたオリゴ糖の作用機序がTopo2阻害の抗がん剤とは異なることが確認された。更に、ヒト、イヌ、マウス腹水がん等、様々ながん種への抑制効果から、従来の分子標的型抗がん剤とは異なる作用を持つものと考える。3K562細胞シグナル伝達系へのオリゴ糖の影響を進めているが、Erkや他のシグナル系への影響の解明が必要と考えている。一方、metallothioneinの数種がオリゴ糖で異常発現すること、クロマチンの凝集やカルシウムイオンのERからの放出や収束が見られることから、がん細胞はapoptosisが誘導されると考える。galectin-1がこのapoptosisに関与している可能性やがん細胞特有のgalectin-1の介入を考え、分子内SS結合の異常分子を作る必要があることが考えられ、他大学研究者と作成を試みる予定である。4ヒト乳がん細胞を使った研究で、細胞が高発現している転移に関与するCD44とgalectin-9に対するオリゴ糖の影響を調べたとろ、CD44の発現にはほとんど影響せず、galectin-9の発現は有意に向上することが認められた。オリゴ糖ががん細胞の増殖を抑制すると共に高転移性を抑制する可能性が示唆された。