hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電子スピン共鳴によるスピンギャップ直接観測の理論的研究

低次元磁性体の量子効果を象徴する現象のひとつとして、スピン一重項基底状態と励起三重項との間に生じるスピンギャップと呼ばれるエネルギーギャップがある。このスピンギャップは、高温超伝導の発現機構等と密接に関連することから、さまざまな方法で観測が試みられてきたが、スピンの保存則に由来する選択則のため、従来の電子スピン共鳴では観測されないものと考えられていた。近年、スピンパイエルス系としてしられるCuGeO_3や、ハルデン系として知られるNENPなどの著名なスピンギャップ系で、このギャップに相当する電子スピン共鳴が観測され、そのメカニズムが注目された。本研究では、この禁制遷移が観測される理論的メカニズムをいくつか提唱し、個々の物質の観測結果と比較することにより、具体的なメカニズムを解明した。まずスピンの保存則による禁制遷移であるスピンギャップ直接遷移が生じるメカニズムとして、g-テンソルの交代による有効交代磁場とジャロシンスキー・守谷相互作用というふたつの相互作用の可能性を提案した。そして、個々の物質に対する電子スピン共鳴強度の角度依存性の観測から、そのいずれがふさわしいかを決定するため、外部磁場・結晶軸・入射マイクロ波の偏向磁場の相対的な角度に依存した選択則を理論的に構築した。この選択則の妥当性は、いくつかの具体的なスピンギャップ系のモデルを用いた数値対角化による解析によって立証した。この選択則と実験結果を比較することにより、ハルデン系NENPでは有効交代磁場が、またCuGeO_3ではジャロシンスキー・守谷相互作用と有効交代磁場の両方が働いている可能性が高いことが示された。また、スピンギャップ系を中心とする低次元量子系の諸性質についても、理論的に明らかにした。具体的には、スピンラダー系における磁場誘起スピンギャップが、反強磁性交換相互作用のフラストレーションによって生じること、反強磁性スピン鎖のincommensurate秩序がやはりフラストレーションによって生じること、高温超伝導体の擬ギャップが低温におけるスピンゆらぎの成長によって生じること、電荷ストライプが多スピン相互作用によって生じることなどがあげられる。今年度の研究実績を、(1)スピンギャップ系の一般的性質、及び(2)スピンギャップ系の電子スピン共鳴で観測される性質に分けて記す。(1)スピンギャップ系の一般的性質スピン・パイエルス系、スピン・ラダー系、直交ダイマー系等のスピンギャップ系において強磁場によって誘起されるいくつかの新しい現象を理論的に提唱し、これまでに観測されている実験事実との比較を行った。主な現象としては、磁場誘起長距離秩序、磁場誘起スピンギャップによる磁化曲線のプラトー、異常なスピンフロップ転移等があげられる。このうち、磁場誘起秩序は、NDMAP、NDMAZと呼ばれる擬一次元スピン1反強磁性化合物で観測されており、本研究による予測と実験結果はよく一致している。また最近、BIP-TENOと呼ばれる有機化合物のスピン1スピンラダー系が合成され、その強磁場磁化測定の結果、磁化曲線のプラトーが観測されたことを受け、このプラトーの起源が長距離の反強磁性交換相互作用によるフラストレーションであることを理論的に解明した。また強相関電子系、とくに高温超伝導体で観測されている擬スピンギャップの問題の起源が反強磁性相関であることを示した。(2)スピンギャップ系め電子スピン共鳴で観測される性質スピンギャップに相当する電子スピン共鳴の直接遷移は、スピンの保存則から禁止されており、本来観測されないことが知られているが、いくつかのスピンギャップ系ではこの遷移が観測されている。

とくにスピン・パイエルス系として知られるCuGeO_3について、この直接遷移の起源が交代磁場の効果である可能性を、有限クラスターの数値対角化の解析により示した。反共磁性的なスピン間の交換相互作用を持ちながら、強い量子力学的効果のために極低温でも長距離秩序を示さない、低次元量子スピン系のスピンギャップを、電子スピン共鳴により直接観測できる可能性について理論的な研究を行った。本来このスピンギャップはスピン量子数が異なる状態間の遷移となるため、スピンの保存則から電子スピン共鳴では観測されないと考えられていたが、ここ数年いくつかの低次元スピン系でこの禁制遷移が観測され、そのメカニズム解明が注目されている。これまでの本研究により、このスピン保存則を破る遷移の起源として(1)磁性イオンのg-テンソルが交代するために生じる交代磁場、(2)結晶構造の非対称性からくるジャロシンスキー・守谷相互作用、(3)交換相互作用の異方性を想定し、ここの物質でこのうちのいずれが重要であるかを推定するための遷移の「選択則」を導いた。この選択則に照らしてこれまでの実験結果を解析し、いくつかの物質について判明したことを以下に記す。1.CuGeO_3(スピンパイエルス系):選択則による実験結果の解析によると(1)が有力だが、強度の磁場依存性から(2)の可能性もある。2.NENP(ハルデン系):選択則・磁場の強度依存性ともに(1)が重要であることが判明。3.SrCu_2(BO_3)_2(2次元直行ダイマー系):結晶構造や中性子散乱の分散解析によると(2)が有力だが、選択則から(1)の可能性もある。反強磁性的交換相互作用を持つ低次元磁性体では、強い量子ゆらぎのために低温でも秩序化せず、基底一重項状態の上にスピンギャップと呼ばれるエネルギーギャップを生じる場合がある。このギャップは、基底一重項状態と励起三重項状態の間にあるため、スピンの保存則からこのギャップに相当する電子スピン共鳴は禁制遷移となって観測されないはずである。しかし最近、いくつかの著名なスピンギャップ系で、このギャップに相当する直接遷移が電子スピン共鳴で観測された。本研究では、その禁制遷移が起きるメカニズムが、磁性イオンのg-テンソルが交代していることによる有効交代磁場、及び結晶構造の非対称性からくるジャロシンスキー守谷相互作用に起因することを明らかにした。さらに、各物質でどちらのメカニズムにより直接遷移が観測されるのかを、実験結果から明らかにするため、両相互作用が独立に働いている場合の、角度に依存した電子スピン共鳴の選択則を理論的に導いた。一方、最近になってこのスピンギャップが強磁場によって誘起される場合があることが、理論的にも実験的にも明らかにされた。この磁場誘起ギャップは、強磁場磁化過程における磁化曲線のプラトーとして観測される。この磁化プラトーが観測された物質のうち、有機スピン1ラダー系BIP-TENOに着目し、そのメカニズムを理論的に解析した。
イノシトール代謝遺伝子改変マウスの作成およびそれを活用した精神疾患病理回路の解明

本研究の主題は、イノシトール代謝と精神疾患の病理回路を解明するアプローチの一つとして、精神疾患関連遺伝子としてのイノシトールリン酸代謝酵素遺伝子改変マウスを作製し、その表現型を探ることを目的の一つとした。本研究ではイノシトールモノリン酸を脱リン酸化する酵素(IMPase ; myo-inositol monophosphatase)に注目して、系統的に遺伝子改変モデルマウスの作出することに成功した。具体的にはImpa1トランスジェニックマウス、Impa2トランスジェニックマウス、Impa1ENU(ethyl-nitroso-urea)誘導変異導入マウス、さらにはImpa2ノックアウトマウスを作製することに成功した。Impa2トランスジェニックマウスの表現型の一つとして不安様行動の亢進を示すことから、本トランスジェニックマウスは精神疾患の病態生理とイノシトール代謝の関連を個体レベルで探るために有用なモデルマウスとなり得ると考えられた。これら遺伝子改変動物の表現型については現在鋭意論文作成中である。平行して行った日本人躁うつ病患者におけるIMPA2の関連解析においては、プロモーター領域に有意な関連を示すSNP/ハプロタイプを発見した。リスクSNPは転写活性を上昇させて、躁うつ病の発症リスク上昇に関与する可能性が推測された(ohnishi et al.,Neuropsychopharmacology, in press)。また長らく不明であったIMPA2タンパク質の生化学特性および結晶構造を世界に先駆けて明らかにした(Ohnishi et al.,J.Biol.Chem.282,637-,2007 ; Arai et al., Proteins 67,732-,2007)。その他、関連する報告を多数行った。イノシトールリン酸の代謝およびその調節が、精神疾患(統合失調症や双極性障害)の病態や病因にどのように関与し得るのかを解明するため、下記のような各種IMPase(inositol monophosphatase)遺伝子改変マウスを樹立中である。1.IMPA2トランスジェニックマウス:終脳特異的にIMPA2を過剰発現するマウスを樹立した。オープンフィールドテスト,尾懸垂テスト,強制水泳テスト,プレパルス抑制テスト、明暗ボックステスト等を終えたが、non-Tg mouseと大きな差は見られていない。非常に面白いことに、メスTgマウスにおいて、母性行動の異常が見られる可能性が判明し、現在さらに検討を行っている。2.IMPA2ノックアウトマウス:現在、キメラマウスの産生に成功したところである。ノックアウト個体が準備でき次第、各種行動試験を行う予定である。行動レベルで明らかな異常が現れた場合、野生型マウスとマイクロアレイ実験、メタボローム実験を組み合わせてその異常発症メカニズムを追求する基礎とする。とくにメタボローム実験は、IMPA2の特異的基質(おそらくイノシトールリン酸関連物質)の発見が可能になるであろう。3.ENU(ethylnitrosourea) mutagenesisによるIMPA1,IMPA2変異マウス(gene-driven mutagenesis):現在、精力的に変異導入凍結精子バンクをスクリーニング中であるが、既にIMPA1に関して三種のミスセンス変異体を発見した。それぞれcDNA上で変異を再現し、組み替え変異体タンパク質のIMPase活性を検討したところ、そのうち一種は完全に酵素活性を失うものであり、また一種はIMPase活性が野生型と比較して数倍に亢進しているものらしいことが判明した。今後、まず異常行動の有無を評価する。IMPase (myo-inositol monophosphatase)はイノシトールリン酸を代謝する経路における最終ステップを触媒し、イノシトールを生成する。IMPaseは気分安定薬リチウムの標的とされていることから、その機能と精神疾患(とくに気分障害)の病理との関連が注目されている。IMPaseをコードする遺伝子にはIMPA1があり、この遺伝産物のIMPase活性は臨床濃度のリチウムによって阻害される。IMPA

1とは別に構造上極めて近縁な酵素をコードするIMPA2が存在する。本研究では、不明であったIMPA2のタンパク質としての基本的性質を調べ上げた。IMPA2は酵素学的にはIMPase活性を持っていたが、IMPA1と比較すると微弱であり、その他の酵素学的パラメーターもIMPA1と大きく異なっており、臨床濃度のリチウムによる阻害は限定的であった。IMPA1,2は、脳以外の組織では腎臓や小腸にも豊富に発現することが、我々が開発した特異的抗体により判明したが、その発現は際だった対照的なパターンをしめした。すなわち、IMPA1は腎臓全体に強く発現し、IMPA2は遠位尿細管に特異的な発現を認めた。小腸おいても、IMPA1のブロードな発現とはことなり、腸腺にのみ強く発現していた。我々は、日本人サンプルを用いて、IMPA2遺伝子と躁うつ病の遺伝学的関連について検討し、プロモーター領域のSNPとの有意な関連を認めた。ルシフェラーゼアッセイの結果、リスクSNPはプロモーターの活性を上昇させることで、疾患脆弱性形成に関与する可能性が示された。これとは別にIMPA2の結晶構造も新たに明らかにした。本研究により、IMPaseの機能やイノシトールリン酸代謝系と疾患の病理に関連に対して、総合的な理解に対して重要な貢献を行うことができたと考えられる。
Pi2型地磁気脈動の振動モードに関する研究

CCE衛星は近地点1.2R_E、遠地点8.8R_E、軌道傾角5°の楕円軌道上にあった。1984-1988年のCCE衛星の磁場データを使うことにより、全てのローカルタイムにおけるPi2の発生確率を調べることができる。方法としては、まずKakioka(L=1.2)の磁場のデータに簡単な計算機アルゴリズムを適用して自動的にPi2の発生をを決定した。昼側で発生するPc4との混乱を避けるため、Kakiokaのデータは真夜中を中心に6時間以内に取得されたものに限定した。Pi2の発生に加え、AE指数が5分間以内に100nT以上上昇することも条件にして、解析の対象とする時間帯が確かにサブストームの開始に対応することの保証とした。以上の方法によって選択された各々のPi2について、KakiokaとCCE衛星の磁場データを時系列相関解析した。その結果、以下の事実が判明した。(1)内部磁気圏でのPi2の振動は圧縮性のポロイダルモードであるといえる。(2)Pi2の周期を決める機構がオーロラ帯の磁力線の固有振動であるとするモデルは疑わしいといえる。(3)振幅と位相の空間構造は最も単純に空洞共鳴に供う節構造で説明できる。結論として、地上で観測されるPi2脈動が磁気圏内を圧縮性のモードで伝搬していることが証明され、その空間的な構造が明らかにされた。この観測結果については、現在のところ内部磁気圏の空洞共鳴が一番合理的な解釈をあたえる。1984年から1987年にかけてAMPTE CCEで得られた磁場のデータをもとに、Pi2脈動の特性の空間的な変化を統計的に解析した。データの解析は以下の方法で行った。まず上記の期間中の柿岡からの磁場データを使って定量的かつ自動的な方法でPi2を選択した。この場合、昼側起源の動脈との混同を避けるために柿岡の地方時は真夜中から3時間以内とした。さらにPi2とサブストームとの関連性を保証するためにAEインデックスを調べ、AEが急激に増加している時間帯で観測されたPi2のみを以下の統計的な解析の対象とした。CCEのデータについてはスピン平均(6秒)を取って局所的な鉛磁力線座標系に変換したものを使用した。上記の方法で選ばれた249例について柿岡とCCEのデータを相関的に周波数解析した結果、以下の様なPi2の特性の空間的な変化が判明した。1.柿岡のPi2と波形の一致する磁場変動はCCEが夜側に、しかもL<4に位置した場合に多く観測された。2.CCEでの磁場変動は主として磁場の子午面成分に現れた。3.CCEでの磁場強度の振動はL<4では柿岡のH成分と同位相であったが、L>4では反位相であった。4.CCEでの磁場強度の振動はL=4の近くで極小値を示した。5.CCEでの磁場の動径方向の振動の位相は磁気赤道の南北では反転したが、柿岡のH成分に対する相対位相は磁場強度の場合と異なり、L=2からL=6の範囲では変化が見られなかった。6.CCEでの磁場の動径方向の振動はL=2からL=6の範囲では極小値を示さなかった。現在これらの観測結果の解釈を進めているが、CCEで観測される磁気圏Pi2が強い圧縮性を示すことから、磁気音波モードがPi2の伝播に重要な役割を担っていることは疑いがない。はたして磁気音波が空洞共鳴の性質を持つかどうかが今後の議論の焦点となるであろう。Pi2脈動にともなって、磁力線の横振動がしばしば観測される。これは定性的にはトロイダルモードの固有振動が励起されるためと考えられる。このトロイダルモードが地上のPi2の原因であるとするモデルが提出されている。

そこで、トロイダルモードの空間構造とPi2との関連を知るためにKakioka,CCE,GOES5,GOES6のデータを比較した。衛星で同時に観測されるトロイダルモードの振動は開始時刻はほぼ同一であるが、その振動周期は場所に依存することが確認された。すなわち地球に近い衛星が地球から遠い衛星よりも、短い振動周期を観測した。また、CCEにおいて電場と磁場の変動の位相差が90度であることから、磁場振動が定在性のAlfven波に伴う現象であることが確認された。これらの観測結果は磁場振動が理論的に期待されるトロイダルモードの特性と合致することを示している。トロイダルモードはPi2と同時に励起されることがあるにもかかわらず、一般てきにはPi2とは異なった周波数を持つことが確認されたわけである。Pi2は広い緯度範囲で同一の周波数を示す現象なので、トロイダルモードはPi2の直接的な原因とはなりえないと結論される。トロイダルモードを励起する機構としては、サブストームに伴う、衝撃的な磁場の変化、そしてmagnetotailから時々おしよせる、早いプラズマ流によるKelvin-Helmholtz型の不安定が考えられる。
統合失調症脆弱因子PACAPによるmiRNAを介した精神行動の制御機構の解析

本研究は、統合失調症の新たな治療標的分子やパスウェイを見出すことを目的として、統合失調症脆弱因子である神経ペプチドのPACAPとその下流のmiRNAによる認知機能や精神行動、それらに関わる神経回路を制御する仕組みをマウスの個体レベルで明らかにし、病態の分子メカニズムの解明を目指すものである。平成30年度は、研究実施計画に基づき、主に以下の成果を得た。・PACAPは、機能的な樹状突起スパインの形成・成熟に寄与するか?PACAP投与2日後の培養21日目の初代培養海馬神経細胞において、NMDA受容体のサブユニットNR1とNR2Bの細胞膜上の発現量が増加することが明らかになった。また、このとき免疫組織化学法を用いて神経細胞を染色したところ、PACAPは、成熟スパインのマーカーであるPSD-95陽性スパイン数を増加させるだけでなく、Synaptophysin陽性プレシナプスと隣接している機能的なスパインを増加させることが認められた。一方、PACAP欠損マウス由来の初代培養海馬神経細胞では、この機能的なシナプスが有意に減少していた。本研究は、統合失調症の新たな治療標的分子やパスウェイを見出すことを目的として、統合失調症脆弱因子である神経ペプチドのPACAPとその下流のmiRNAによる認知機能や精神行動、それらに関わる神経回路を制御する仕組みを個体レベルで明らかにし、病態の分子メカニズムの解明を目指すものである。28年度は、研究実施計画に基づき主に以下の成果を得た。1PACAPによるmiRNA発現制御のシグナル解析マウス初代培養神経細胞において、阻害剤を用いた下流シグナルを解析した結果、PACAPによるmiRNAの発現および樹状突起スパインの増加には、G蛋白質を介したシグナルは関与していないことを明らかにした。また、PACAPが、miRNA成熟の制御機構に関わる可能性を検討した。miRNAは単独で働かずに、RISC(RNA-induced silencing complex)とよばれるRNA-タンパク質複合体を形成して機能することが知られている。この複合体の中心的役割を示すAgo2がPACAPにより発現上昇することを明らかにした。2PACAP欠損マウスにおけるmiRNA過剰発現による認知記憶障害の改善効果の検討シナプシンプロモーターにより、神経細胞特異的にmiRNAと蛍光蛋白質Venusを発現するレンチウイルスを作製した。マウス脳の海馬CA1へのウイルス導入法を確立し、ウイルス導入後23週間の神経細胞を観察した結果、神経細胞の可視化およびスパイン形態の計測が可能であることが確認できた。PACAPによるmiRNAの発現に関わるシグナルパスウェイが明らかになっただけでなく、PACAPがRICSにも影響を及ぼす可能性も出てきたのは、大きな成果である。また、作製したレンチウイルスがきちんと発現していることや、CA1に導入するテクニックが確立でき、スパイン形態が解析できることがわかったため、予定通りウイルス投与時の行動解析にシフトすることができると考えられる。平成29年度は、研究実施計画に基づき、主に以下の成果を得た。・PACAP欠損マウスにおける脳特定領域でのmiRNA過剰発現による樹状突起スパインへの影響、精神行動異常の改善効果の検討昨年度作製した特定miRNAと蛍光蛋白質Venusを発現するレンチウイルスを用いて、マウス脳の海馬CA1領域においてmiRNAの過剰発現を試みた。レンチウイルス導入してから2-3週間後に、CA1領域を採取し、RT-PCRを用いて調べたところ、Venusのみ導入した群と比較して、特定miRNAの発現レベルは、2倍程度と有意に高いことが明らかになった。次に、そのmiRNAのターゲット遺伝子の発現量を測定した結果、miRNA過剰発現群において、ターゲット遺伝子の有意な発現量の低下が認められた。このことより、導入したウイルスが確実に機能していることが考えられるため、神経細胞の樹状突起スパインの計測を行った。その結果、特定miRNA過剰発現群において、有意なスパイン数の増加が認められた。これらの知見は、PACAP欠損マウスにおける海馬CA1でのスパインの数の低下が、特定のmiRNAにより改善することを示唆するものであり、統合失調症の病態メカニズムにつながるものであると考えられる。マウス脳の特定領域におけるmiRNAの過剰発現による遺伝子解析、樹状突起スパインの測定をおおむね予定通りに実施することができた。さらに、過剰発現による行動の測定を開始することができた。

一方、PACAP欠損マウス由来の初代培養海馬神経細胞では、この機能的なシナプスが有意に減少していた。PACAP欠損マウスにおけるmiRNA過剰発現による認知記憶障害の改善効果の検討統合失調症様の精神行動異常の認められるPACAP欠損マウスの脳内に、レンチウイルスを用いて神経細胞特異的にmiRNAを過剰発現し、統合失調症の症状の1つである認知・記憶に対する改善効果を検討する。具体的には、PACAP欠損マウスにおいて、スパインの形態異常が認められた海馬CA1の両側にmiRNAを導入し、発現確認後に行動試験を行う。行動解析は、PACAP欠損マウスの認知記憶障害を確認することができる試験である物体探索認知記憶試験(Object Recognition Test:ORT)、強制水泳試験(Forced Swimming Test:FST)、Y迷路試験(Y-Maze Test )を実施する。PACAP欠損マウスにおけるmiRNA過剰発現による認知記憶障害、精神行動異常の改善効果の検討今後も引き続き、統合失調症様の精神行動異常が認められるPACAP欠損マウスにおいて、作成したレンチウイルスを用いて低下していた特定のmiRNAを過剰発現することにより、スパインの数や成熟の改善とともに精神行動異常の改善が認められるか検討を行う。本年度は、当初計画していた実験内容について、実施順序を一部変更し、レンチウイルスによるmiRNAの過剰発現による樹状突起スパイン数の解析や分子病態解析を優先して行った。認知記憶や精神行動に関連する行動解析については、次年度も引き続き行う予定である。そのため、当初の研究目的を達成するために次年度の使用が必要である。
人工代謝経路のスコープの拡張

代謝経路は、要素としての化合物情報・酵素情報とそれらを有機的に結びつける反応ペア情報により構成されており、多要素が相互作用する生体分子ネットワークの一つである。本研究では、すでに開発している化学・生物情報解析による網羅的な人工代謝経路の設計基盤をもとに化合物・酵素で構成される代謝ネットワークのスコープを多要素化の観点から有機的に拡張していくための検討を行った。具体的には、PubChemデータベースより様々な化合物群を網羅的に抽出し、各化合物に対して代謝経路を網羅的に設計していくことで、得られた代謝パスウェイ候補群を化合物データベースに関連づけた代謝設計プラットフォームを開発した。網羅的な代謝経路設計をもとに、マニュアルキュレーションを実施し、新規の酵素反応ならびにバイオ合成可能な化合物群を同定した。また、化合物種毎に体系化した独自の化合物データベースと代謝経路のユーザインターフェイスを統合した新たな人工代謝経路データベースを構築した。さらに、特定のモデル生物毎にウェブベースの代謝経路エディタを構築し、推定された人工代謝経路を既存の代謝経路に統合したデータ形式に変換することで、新たな拡張代謝パスウェイの再構築と視覚化を行うシステムを開発した。これを利用して、人工代謝経路の静的ネットワーク解析・代謝フラックス解析による評価方法を開発するとともに、得られた結果を視覚化できる基盤を開発した。27年度が最終年度であるため、記入しない。代謝化合物は、反応ペアの組合せにより構成される代謝経路を通して合成されており、その化学構造には各反応による構造変化の総和が記録されているものと解釈できる。本研究では、すでに化学・生物情報解析による網羅的な人工代謝経路の設計基盤を開発しており、当設計基盤をもとに化合物・酵素で構成される代謝ネットワークのスコープを多要素化の観点から有機的に拡張していくための検討を行った。人工代謝経路のスコープの拡張に向けた基盤構築については概ね達成している。得られた代謝経路を統合したデータ形式に変換し、静的ネットワーク解析・代謝フラックス解析による評価方法について検討していく。網羅的な代謝経路設計をもとに、マニュアルキュレーションを実施し、新規の酵素反応ならびにバイオ合成可能な化合物群を同定していく。化合物種毎に体系化した独自の化合物データベースと代謝経路のユーザインターフェイスを統合した新たな人工代謝経路データベースを構築していく。
再帰的条件による成分因子の存在性に関する研究

グラフ理論における再帰的条件におけるある種の構造の存在性定理は、これまでに次の2つのTypeのものが最も基本的なものとして研究されてきている。Gを連結グラフ、HをGの任意の連結誘導部分グラフで位数を固定したものとする。さらにPをグラフのもつ性質とするとき、TypeI:Hが性質Pをもつ⇒Gも性質PをもつKを連結グラフとし、Pが「K-成分因子をもつ」ということに対して、1986年にEnomoto, Egawa, SaitoによってTypeIが成立することが示されている。ここでの研究実績としては、「K-成分因子をもつ」ということに対するTypeIIの定理が完成させることができた。この結果は、JOurnal of Graph Theory誌において掲載受理を受けた。さらに、新しいTypeの再帰的条件としてということに対し、「K-成分因子をもつ」という結果については解決をみていないが、Gが2連結で、Pが「P_<3->因子をもつ」ということに対しては、TypeIIIが成立することが、この研究において証明することができた。グラフが成分因子をもつための必要十分条件を得ることはNP-完全問題であり、十分条件を得る研究ですらあまり進んでいない状態であったが、この研究において、2つの十分条件を得るに至ることができた。
光励起型原子泉方式実用セシウム原子時計の開発

本研究は、原子泉方式を適用しCs原子のラマン遷移を用いることで現用の高安定実用原子時計(水素メーザー等)の周波数安定度を超える原子時計の実現を主目的としている。Cs原子のD2線を利用したラマン遷移に電気光学変調器により作製した2週波レーザーを0.4秒間照射することで約1.8Hzの半値全幅をもつ蛍光信号を観測した。また、原子時計多重化に必須となる位相差測定器の開発にも成功した。これは、デジタルシグナルプロセシングと離散的フーリエ変換を用いて既存技術より用意に多数の原子時計間の位相差を精度良く観測できるもので、1秒の観測時間で10-14台の分解能を有する。本研究は、原子泉方式を適用しセシウム原子のラマン遷移を分光することで、現用の高安定実用原子時計(水素メーザー等)の周波数安定度を超える原子時計の実現を主目的としている。昨年度の予備実験結果を元に装置の組み立てを行った。本装置にはアルミニウム製のマイクロ波共振器を組み込み、より多様な実験を行えるよう工夫を凝らした。共鳴周波数は室温付近で時計遷移から±200kHz以内に収まった。真空度は高性能原子時計を運用するのに問題のない10(-9)torr台に到達することを確認した。また、相互作用領域では不要磁場を発生する要素がないことを確認した。さらに、本体の開発と平行して原子時計を多重化する技術についても進展があった。これは、デジタルシグナルプロセシング(DSP)と離散的フーリエ変換(DFT)を用いて、既存技術より容易に多数の原子時計間の位相差を精度良く観測するものである。その相対精度は1秒の観測時間で10(-14)台を達成し、既存技術と同等レベルにあることが確認できた。一台の実用原子時計で得られる性能が限界に差し掛かっており、本研究で得られた多重化の技術は今後の実用原子時計開発の方向性を決定する可能性を秘めている。装置の開発に当たって、本開発の重要な要素となるセシウム原子D2線のラマン遷移の観測から着手した。周波数安定度を劣化させるノイズ要因を見極め、得られた知見を装置の設計に反映させるため、一次周波数標準器として利用しているNMIJ-F1を用いて予備実験を行った。ラマン遷移を励起するために必要な2週波は電気光学変調器の搬送波と側帯波を用いた。原子の打ち上げ方向と平行にラマン遷移励起レーザーを照射し、相互作用時間0.4秒でスペクトルを観測した結果、約1.8Hzの半値全幅をもつ蛍光信号を観測した。また、ラマン遷移励起レーザーの照射を時分割することでラムゼーフリンジを観測することができた。その際、原子の打ち上げとラマン遷移励起レーザーの照射タイミングのジッターが一次ドップラーシフトにより周波数シフトを誘引することがわかり、本装置作製のための重要な参考データが得られた。このことからラマン遷移励起レーザーの照射方向は原子の運動と垂直が最適であるとの結論を導いた。次に、電気光学変調器に付加するマイクロ波の変調指数とラマン遷移励起レーザーの総合パワーの2つをパラメータとして、時計遷移のACシュタルク効果が打ち消される条件を探った。時計遷移の周波数が照射レーザーの光強度に依存しない条件として変調パワーが-0.3dBmから-1.0dBmの間にあることがわかった。以上の結果は次年度以降の装置開発の基礎データとして用いられる。予備データを取得するための装置(NMIJ-F1)の予定外のオーバーホールを行ったため、予定していたデータを取得することができなかった。そのため、本装置にある程度の汎用性を組み入れた設計が必要となり、時間を要した。一方で、予備データ取得により、光学系のセットアップが完了し、本装置の実験を遂行するために十分な機能を有していることが確認できた。予備測定の結果を踏まえ、本装置の組み立て、実験を進めていく。本装置の設計に時間を要したため年度を越えた物品の購入となった。本装置組み立ての部品は一通りそろったので、漸次、実験を進めていく。
百日咳における早期診断法の確立とワクチンの有効性に関する研究

1菌分離と早期診断法の確立百日咳早期診断法として、菌分離を行った。従来菌分離率は低いとされてきたが、本研究での分離率は、51.8%と高率であった。さらに菌分離症例の34.2%は培養前に抗生物質が投与されていた症例であった。このことは百日咳の早期診断には菌分離が有用であり、臨床的に百日咳を疑った症例では化学療法の有無にかかわらず菌分離を試みる必要があると考えられる。一方菌分離が不成功に終わった場合、早期診断としては血清学的にIgM抗体を検出する方法を検討し、百日咳毒素(PT)IgM抗体を検出する系を確立した。2家族内感染調査と成人百日咳菌分離症例の家族内調査も行った。その結果、DPTワクチンを接種されていた兄弟や両親からも百日咳菌が分離できた。これらの症例は、典型的な百日咳の臨床像を示さず、長期間の慢性的な咳のみで、せき込みなどはなく、中には咳を全くしない母親も認められた。検査でも白血球増多や相対的リンパ球増多も認められなかった。(平均白血球数7040, %リンパ球36%)。乳児への感染源は周囲の兄弟や両親であることが推察された。百日咳患者が減少した近年、DPTワクチンの有効性の評価は家族内感染調査が有用である。例数は少なかったが、ワクチンの有効率は82%であった。3ワクチンの有効性の評価ワクチン有効性評価の一つとして、抗体価の持続を検討した。1981年に改良された無菌体ワクチン(DTaP)を接種されている児童と従来の全菌体ワクチン(DTwP)を接種された児童とを比較検討した。この結果、DTaPを接種された児童は、DTwPを接種された児童よりジフテリアおよび破傷風抗毒素抗体やFHA抗体に関して高い抗体価を保有していた。過去の百日咳の流行状況などにも影響されるが、DTaPの方が抗体持続が良好であった。1早期診断法の確立百日咳の早期診断法としては、細菌学的診断法と血清学的診断法が考えられる。細菌学的診断法としては、百日咳菌分離とPCR法があり今回の研究は菌分離に重点をおいた。その結果、従来百日咳感染症では菌分離率は低いとされてきたが臨床的に百日咳を疑った症例での分離率は75%と高率であることが判明した。これは百日咳の早期診断には菌分離が有用であり臨床的に百日咳を疑った症例では菌分離を試みる必要があるものと考えられる。但し施設によれば菌分離までの時間が必要な場合もある。現在の輸送用培地では24時間以内の保存は直接培地に接種する方法と分離率に差はないが輸送用の培地での2-3日間保存後の分離率は低下傾向にあり輸送培地の改良が必要と考えられる。一方菌分離が不成功に終わった場合、早期診断としては血清学的にIgM抗体を検出する方法が考えられる。現在非特異反応除去のための手段を検討中である。2ワクチンの有効生ワクチンの有効性の評価法として百日咳患者が家族内に発生したときの家族内感染を菌分離を中心に調査した。その結果、成人を含む家族の58%が百日咳感染を受けていたことが判明した。

調査できた家族構成員のうちワクチン未接種の兄弟が3名、このうち2名が典型的な百日咳を発症した。ワクチン接種歴が母子手帳で確認できた者が8名、このうち典型的な百日咳の症状を呈した者は認められなかった。さらに百日咳患児が発症後軽い咳が認められ者が3名、無症状者が1名であった。ワクチン接種歴不明の成人14名中6名に軽い咳があり8名は無症状であった。現在症例数を増やして検討中であるが、現時点ではワクチン接種により百日咳の感染は完全に防ぐことはできないが典型的な百日咳発症は防御できるものと考えられる。1早期診断法の確立百日咳の早期診断としては、細菌学的診断法と血清学的診断法が考えられる。細菌学的診断法としては、百日咳菌分離とPCR法があり今回の研究は菌分離に重点をおいた。昨年度までは百日咳の小流行がみられ臨床的に百日咳を疑った症例では従来より高率に菌分離ができることが判明した。本年度は百日咳の流行はなく菌分離症例の解析はできなかった。血清学的早期診断法としては、百日咳毒素などに対するIgM抗体を検出する方法を検討中であるが非特異反応除去に至っていない。このため線維状赤血球凝集素に対するIgA抗体測定を行い両抗体の組み合わせで解析したい。2ワクチンの有効性わが国では、1981年から世界に先駆け無細胞DPTワクチン(acellular DPTvaccine)の接種を開始した。このワクチンは、従来の全菌体ワクチンに比べ発熱や脳症等の全身的副反応や局所の副反応が少なく有効性も全菌体ワクチンと同等とされ私たちもその臨床的評価を家族内感染などで解析してきた。本年度は、ジフテリア、百日咳、破傷風に対する抗体の持続に着目し検討を行った。ジフテリアと破傷風に対する抗毒素抗体価は接種後10年経過していても感染防御レベル以上にあった。百日咳毒素や線維状赤血球凝集素に対する抗体価はともに低値で百日咳の乳幼児への感染源として注目されている学童や生徒、成人の百日咳を考えていく上で重要な問題と思われる。(1)早期診断法の確立百日咳の早期診断としては、細菌学的診断法と血清学的診断法が考えられる。一昨年度までは百日咳の小流行がみられ臨床的に百日咳を疑った症例では従来より高率に菌分離ができることが判明した。この二年間は百日咳の流行はなく菌分離症例の解析はできなかった。血清学的早期診断法としては百日咳毒素などに対するIgM抗体を検出する方法を検討中であるが非特異反応除去に至っていない。このため百日咳毒素や線維状赤血球凝集素に対するIgA抗体測定を行っているが、IgA抗体測定に関しても非特異反応が多く検討中である。(2)ワクチンの有効性の評価百日咳患者が減少してきた今日、DPTワクチンの有効性の評価としてcase-control studyは困難となってきた。一方、社会の関心はワクチンの効果より副反応に向けられている。これまで私たちはDTワクチンの副反応調査を行ってきた。ワクチン側の因子はの解明は進んできたが、接種を受ける児童側の因子に付いての解析は未だ行われていないのが現状である。わが国で1981年から世界に先駆けて始められたacellular DPT vaccineを現在のDTワクチンでは副反応が多発している児童は接種されている。ジフテリア・破傷風に対する抗体の持続が良好なためではないかと考え、比較検討中である。
植物由来の重金属キレート物質の探索

今年度は亜鉛とカドミウムの超集積植物であるArabidopsis halleriを用いて、金属キレート物質の探索を行い、以下のような成果を得た。1.根から分泌液を採集し、金属キレート物質の単離を試みたが、キレート活性を有する物質がまだ認められていない。2.導管におけるカドミウムの形態を^<113>Cd-NMRを用いて同定した結果、ケミカルシフトが0ppm付近でシグナルが観察され、無機のイオン形態で輸送されることを明らかにした。3.導管へのローディングを検討した結果、導管中のカドミウムの濃度は外液より高かった。またKineticsを調べた結果、外液中のカドミウムの濃度の増加に伴い、増加したが、飽和しなかった。導管中のカドミウム濃度は亜鉛の影響を受けなかった。4.根の細胞質液中のカドミウム濃度も外液より高かった。しかし、低温において外液と同程度であった。これはカドミウムが能動的に吸収されていることを示唆している。5.外液中のカルシウム濃度が高くなるにつれ、根の細胞質液中のカドミウム濃度が減少した。しかし、導管液中のカドミウムの濃度は変わらなかった。また細胞質液中のカドミウムの濃度はカルシウムチャンネル阻害剤(ランタンとBerapamil)の影響を受けなかった。6.葉の細胞質液中のカドミウムは全体の約七割を占め、可溶性の形態で存在していることを明らかにした。またその存在形態について^<113>Cd-NMRで調べた結果、有機酸(クエン酸とリンゴ酸)と配位している可能性を示した。カドミウム超集積植物であるThlaspi caerulescensを用いて、根からのカドミウム可溶化物質の分泌及びび地上部におけるカドミウムの局在性、化学形態について調べ、以下のような成果を得た。1.根からの分泌物を採集し、カドミウムとのキレート能を調べた結果、分泌液中にカドミウムと結合する物質の存在が確認できた。現在、この物質を精製して、同定を行っているところである。2.Thlaspicaerulescensは葉に8000ppmのCdを集積することができる。プロトプラストを調製し、カドミウムの局在性を調べたところ、9割以上のカドミウムがプロトプラストに存在していた。また液胞を単離して、液胞内のマーカー酵素であるacid phosphataseの活性を指標にカドミウムの量を比較した結果,ほとんどのカドミウムが液胞に局在していもことが明らかとなった。3.葉にあるカドミウムの8割近くは可溶性の形態で存在していた。^<113>Cd-NMRを用いて葉におけるカドミウムの存在形態を調べたところ、-17ppm付近にシグナルが観察された。葉から細胞質液を得て、ゲルろ過やイオンクロマトグラフィなどを用いてカドミウム画分を精製した結果、アニオン画分に葉と同じケミカルシフトを示した。この画分をさらに精製し、カドミウムとの結合物質を^1H-NMRなどで同定した結果、リンゴ酸であることをつきとめた。これらのことはThlaspi caerulescensにおいて高濃度のカドミウムはリンゴ酸と結合して、液胞に局在することによってカドミウムを無毒化していることを示している。
C_<60>関連複合系の磁気秩序化と非線型応答

本研究では、メゾスコピックサイズの結晶学的クラスターを含むような、いくつかのタイプの複合系磁性体および超伝導体を取り上げ、それらの内部構造に由来する特徴的な相互作用の効果を、主として線型・非線型磁化率(χ_2)の観測により調べた。初段階には、超低周波・極微弱励起磁場領域での測定が可能な、交流法線型・非線型磁化率測定システムを完成させた。特に非線型応答信号について、線型成分の漏洩や暗信号が生じ難いような新型のクライオスタットが考案された。この測定システムによって、CoCl_2-GICの相転移点近傍の磁化の第3第9高調波成分までの温度変化の様子が明らかにされた。磁場振幅0.6Oe以上で観測した場合、高温側の臨界点近傍で、全ての高調波成分が正方向のピークを示し、この条件下でのχ_2の異常が対称発散型であることが確認される。振幅が0.3Oe以下になると、第3高調波は、転移点で符号を変えるような異常形へ変化するが、これが本質的なχ_2の変化であることも証明された。一方、超伝導体YBa_2Cu_4O_8セラミクスに関して、結晶試料の超伝導転移点より十分低温側で、χ_2の発散的ピークが見出され、これがd-波型超伝導セラミクス固有の、フラストレーションを伴うグレイン間位相秩序化を反映する可能性が示唆された。さらに、新規試料系であるCaO-SiO_2-0.5Fe_2O_3ガラス系については、静磁化率とESRの観測を併用した研究が行われ、強磁性析出クラスターの周囲に、クラスターとは緩和特性の異なる境界領域が存在し、この部分がクラスターと相互作用することで、クラスター磁化に強磁性的内部場を与えていることが示された。一方、合成を試みたIBrドープC_<60>系に関しては、IBr分圧の条件によらず、液体He温度までの範囲で有意な自発磁化が認められなかった。GICやセラミクスなどの非一様な内部構造をもつ複合系は、しばしばクラスター内からクラスター間へ向うような階層的な秩序化過程を示す。このような場合の臨界現象は、非線型磁化率X_2によってよく調べられることがこれまでの実験から分かってきた。本研究では、非線型磁化率の精密観測手法をさらに発展させて、塩化金属GIC系の逐次相転移機構をより詳しく探り、セラミック超伝導体YBa_2Cu_4O_8が示す協力現象としてのグレイン間秩序化の臨界現象を見出すことを試みる一方、新しいタイプの複合系として、近年注目されているC_<60>の結晶をホストにした磁性化合物を試作して測定対象に加え、共通の秩序化の特徴を探索した。初めに研究方法の基盤となるX_2の抽出法を再検討した。臨界点近傍で高次高周波の寄与を考慮する必要性が判明し、応答のフーリエスペクトルを確認しながら有意な高次項までの級数でX_2を求める方法を開拓した。CoCl_2-GICに関する測定の結果、3次高周波でX_2を近似できるのは磁場振幅が約1.00e以下の場合に限られ、以上の領域については上記解析方法が有効に適用できることが分かった。決定されたX_2の温度変化から、弱磁場におけるX_2の符号反転は非線型応答の帰属が変わることによる本質的な現象であることが分かった。

焼結体YBa_2Cu_4O_8の測定からは、グレイン間転移点近傍のX_2は、磁場振幅が数十mOe以下でなければ抽出できないことが分かった。零磁場への外挿を推察することで、臨界現象としてのX_2の形は負の鋭いピークと思われ、グレイン間位相秩序がフラストレーションを伴うXYモデルの相転移に対応する可能性が示された。一方、磁性C_<60>系を得るためにIBrド-ピングを試みたが、磁化の確認された試料は得られていない。これに関しては、次年度さらに試行を重ねるものとする。本研究は、非線型磁化率(X_2)を中心的手法とする相転移の観測を、これまで取上げた試料に加えて様々な新しい複合系に拡張・適用して、クラスター間相互作用の役割を調べることを目的に行われた。特に新しいタイプの試料として、C_<60>ベースの磁性化合物を試験的に合成し、磁気的不均一系と思われるこの物資に、既に取上げた複合系と類似の相転移の特徴が現われるかどうか探ることを試みた。初段階に、低微弱磁場領域専用のクライオスタットを新規設計・開発した。続いて、CoCl_2-GlCの相転移点近傍の磁化の第3第7高調波成分の温度変化の様子を明らかにした。結果は、高温側の臨界点近傍では、振幅0.60e以上の条件で観測した全ての高調波応答が正方向の対称発散型ピークを示し、この際のX_2が、0.30e以下の振幅条件で観測されるクラスター内強磁性転移を反映したものと、本質的に異なることが証明された。また、焼結体YBa_2Cu_4O_8の測定からは、グレイン間位相秩序化の臨界点近傍のX_2は、10mOeの領域でも磁場振幅に依存してピーク位置が変化し、X_2の起源がグレイン間を貫く磁束の非可逆運動に起因することが示唆された。新規試料系であるCaO-SiO_2-0.5Fe_2O_3ガラスについては、ESR測定を併用した測定を行った結果、強磁性析出クラスターの周囲に、クラスターとは緩和特性の異なる境界領域が存在し、この部分がクラスターと相互作用して強磁性的内部場を与えていることが示唆された。一方、磁性C_<60>系として、1Brドープ試料の合成を試みたが、1Br分圧を如何に変えても、有意な自発磁化の現われる試料は得らなかった。弱い常磁性様磁化率が観測されたが、解析の結果、不純物元素に起因すると判断された。従って、従来の報告にある、30K以下でC_<60>-1Brが示した強磁性的振舞いは、誤認である可能性が認められた。本研究では、メゾスコピックサイズの結晶学的クラスターを含むような、いくつかのタイプの複合系磁性体および超伝導体を取り上げ、それらの内部構造に由来する特徴的な相互作用の効果を、主として線型・非線型磁化率(X_2)の観測により調べた。初段階には、超低周波・極微弱励起磁場領域での測定が可能な、交流法線型・非線型磁化率測定システムを完成させた。特に非線型応答信号について、線形成分の漏洩や暗信号が生じ難いような新型のクライオスタットが考案された。この測定システムによって、CoCl_2-GICの相転移点近傍の磁化の第3第9高調波成分までの温度変化の様子が明らかにされた。磁場振幅0.6Oe以上で観測した場合、高温側の臨界点近傍で、全ての高調波成分が正方向のピークを示し、この条件下でのX_2の異常が対称発散型であることが確認される。振幅が0.3Oe以下になると、第3高調波は、転移点で符号を変えるような異常形へ変化するが、これが本質的なX_2の変化であることも証明された。一方、超伝導体YBa_2Cu_4O_8セラミクスに関して、結晶試料の超伝導転移点より十分低温側で、X_2の発散的ピークが見出され、これがd-波型超伝導セラミクス固有の、フラストレーションを伴うグレイン間位相秩序化を反映する可能性が示唆された。
口腔がん顎骨浸潤における骨破壊分子メカニズムの解明

顎骨浸潤を伴う口腔がんの臨床材料をもとにした網羅的遺伝子解析について、得られた遺伝子プロファイルより顎骨浸潤に関与する分子IL-6、PTHrPに着目して、その微小環境での機能解析をすすめたところ、癌細胞そのものは破骨細胞形成に重要なRANKLを誘導するIL-6よりもPTHrPを多く発現しており、このPTHrPが癌周囲の間質細胞に働きかけ、IL-6の発現誘導を通してRANKLを発現させ、顎骨浸潤に重要な働きをしていることが明らかとなった。その上で、口腔がん細胞株の頭蓋骨浸潤モデルマウスを作製し、骨浸潤先端部でのこれら分子の役割が確認された。また、口腔がんの臨床材料をもとにした網羅的遺伝子解析により抽出された口腔がんの病理組織学的分化度に関与する遺伝子FADDを同定し、染色体上の増幅および免疫染色法によるタンパクの高発現を確認し、ゲノムの増幅により引き起こされるタンパクの高発現が病理組織学的分化度、すなわち癌の性質に大きな影響を与え、その結果、リンパ節転移や予後に影響を与えることが明らかとなった。このことにより、リンパ節転移や予後を予測する分子マーカーの候補として有用である可能性が示唆された。しかし、FADDは細胞死を誘導する分子であり、これが癌で高発現している意義については不明なことが多く、また受容体結合分子であるところのFADDが核内で高発現している点も解析がすすんでいない。この点を解明するために、核移行シグナルに変異を加えた分子を高発現する細胞株を作製し、FADDの核内での機能解析をすすめている。顎骨浸潤を伴う口腔がんの臨床材料をもとにした網羅的遺伝子解析について、膨大なアーカイブを利用することを目的として、ホルマリン固定パラフィン包埋標本(FFPE)からのmRNA抽出に関する条件検討を行うために、口腔がん細胞株の頭蓋骨浸潤モデルマウスを作製し、骨浸潤先端部での遺伝子発現解析を行っている。ある種の増幅法により、FFPEからの安定したRNA回収が可能となりつつあり、このことによりあらゆる施設の膨大なアーカイブを有効利用する手法が確立される可能性がある。また、網羅的遺伝子解析システムを構築すべく、口腔前癌病変のオリゴヌクレオチドマイクロアレイによる遺伝子解析を試み、異形成程度の鑑別診断が可能となる遺伝子セットの抽出について国際誌に報告した。これは、口腔がんの癌化マーカーの探索に向けての基盤的研究となり、口腔がんの成因や多様性の解析に重要な情報をもたらす可能性が考えられる。一方、口腔がんの病理組織学的分化度に関与する遺伝子の同定について、染色体上の増幅および免疫染色法によるタンパクの高発現を確認し、新規癌化メカニズム解釈におおきな影響を与える可能性が考えられ、投稿準備中である。顎骨浸潤を伴う口腔がんの臨床材料をもとにした網羅的遺伝子解析について、得られた遺伝子プロファイルより顎骨浸潤に関与する分子IL-6、PTHrPに着目して、その微小環境での機能解析をすすめたところ、癌細胞そのものは破骨細胞形成に重要なRANKLを誘導するIL-6よりもPTHrPを多く発現しており、このPTHrPが癌周囲の間質細胞に働きかけ、IL-6の発現を誘導を通してRANKLを発現させ、顎骨浸潤に重要な働きをしていることが明らかとなった。一方、口腔がんの臨床材料をもとにした網羅的遺伝子解析により抽出された口腔がんの病理組織学的分化度に関与する遺伝子FADDを同定し、染色体上の増幅および免疫染色法によるタンパクの高発現を確認し、ゲノムの増幅により引き起こされるタンパクの高発現が病理組織学的分化度、すなわち癌の性質に大きな影響を与え、その結果、リンパ節転移や予後に影響を与えることが明らかとなった。

しかし、FADDは細胞死を誘導する分子であり、これが癌で高発現している意義については不明なことが多く、また受容体結合分子であるところのFADDが核内で高発現している点も解析がすすんでいない。この点を解明するために、核移行シグナルに変異を加えた分子を高発現する細胞株を作製し、FADDの核内での機能解析をすすめている。
抗マラリア防御免疫の誘導とその制御機構

1.赤内型マラリア原虫によるT細胞免疫応答の修飾マラリア原虫P.yoelii 17XNL(弱毒株)感染治癒マウスCD4^+ T細胞の原虫特異的免疫応答とその防御効果について解析した。治癒マウス脾CD4^+ T細胞は原虫抗原特異的な増殖反応を示し、記憶細胞の存在が示された。しかしながら、IL-2産生は殆ど検出されずIL-10産生が高かった。さらに、精製CD4^+ T細胞を受け身移入したマウスにP.yoelii 17XLスポロゾイトの感染実験を行ったところ、有意な防御効果は得られなかった。これら記憶CD4^+ T細胞が機能的に修飾を受けている可能性が示唆された。2.マラリア感染マウス樹状細胞の機能解析P.yoelii 17XL(強毒株)感染マウス及びP.yoelii 17XNL(弱毒株)感染治癒マウスの脾樹状細胞の性状を解析した。正常樹状細胞と比較し、共にLPS等Toll-like receptor(TLR)刺激に対するIL-12産生は低下しており、IL-10産生が増加していた。一方、T細胞に対する抗原提示能力はMHC class I経路、MHC class II経路共に特に低下してはいなかった。IL-10産生増加の機構と、抗原提示されたT細胞の機能についてさらに解析を進めている。3.免疫応答を制御する転写因子IRF-4の樹状細胞・マクロファージにおける機能転写因子IRF-4は、免疫細胞(リンパ球・樹状細胞・マクロファージ)に発現されている。本研究では、IRF-4が特定の樹状細胞サブセットの分化に必須の役割を果たしていること、またTLRの刺激伝達に抑制的に働くことを明らかにした。この抑制は、主としてMAPキナーゼJNKやNF-κB活性化を制御している。マラリア原虫は、蚊の吸血により人体に侵入した後、肝細胞期を経て赤血球期へと移行して症状を現す。一般的には肝細胞期と赤血球期では防御免疫の仕組みが異なると考えられている。しかし、多くの原虫遺伝子が肝細胞期と赤血球期両者共に発現されることから、赤内型原虫に対する防御免疫が肝細胞期に対しても有効である可能性について検討した。マウスマラリアP.yoelii弱毒株感染から治癒したC57BL/6マウス(治癒マウス)は、強毒株感染に対しても抵抗性を示す。治癒マウスに強毒株のスポロゾイトを感染させたところ、原虫血症は全く出現しなかった。肝細胞期での防御が示唆されたため、防御免疫機構を解明する目的で、治癒マウスの脾細胞から抗CD8抗体、抗MHCクラスII抗体と補体処理、さらにナイロンウールカラムによりCD4陽性T細胞を集め(精製率7080%)、ナイーブC57BL/6マウスに受け身移入した。このマウスにスポロゾイトを感染させたところ、原虫血症は全く出現しなかった。一方、感染赤血球を静注すると原虫血症が出現した。以上のことから、治癒マウスはスポロゾイト感染に対して、肝細胞期においても感染抵抗性を示すこと、またこの抵抗性は抗体ではなく主として細胞性の機序によることが示唆された。マラリア原虫感染マウスの免疫応答制御機構に関しては、感染マウスと非感染マウスから各々樹状細胞を精製し、その性状を解析した。CD11c、CD80、CD86、MHCの発現については特に違いを認めなかった。