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四元数theta級数とモジュラー曲線のヤコビ多様体の数論研究

1.四元数theta級数について.今回の研究では,有理数体上の正定値四元数環Bでその判別式qがq<10000なる素数の場合に,各q毎に(Type number T(q)個存在する)全ての極大整還の同型類の代表を求め,そのtheta級数を計算して,その一次独立性を調べた。これは従来の範囲q<5000を大きく拡大するもので,この結果,新たに90個のlevel q,重さ2の保型形式fで,s=1でのrankが2であるものが発見された(論文を準備中)。2.1.に於ける計算からtheta級数として得られた保型形式のFourier係数を用いて,モジュラー曲線とそのヤコビ多様体の研究を種々の角度から行った。特に,モジュラー曲線のAtkin-Lehner's involutionの群による商曲線X^*_0(N)のうちで超楕円的曲線になるものをlevel Nがsquare freeの場合に完全に分類した。更に申請者の研究室の助手・大学院生によって,Nが一般の場合や,X_0(N)の部分商なる曲線についても分類が完成された。また,同様に保型形式のFourier係数を用いて,モジュラー曲線X_0(N)の上に存在するHeckeの代数対応の方程式を多くの例について計算した。これは,ヤコビ多様体の自己準同型を詳しく研究する為に貴重な資料となる。3.「有理数体上の楕円曲線Eはモジュラー曲線X_0(N)のヤコビ多様体のQ-factorである」といういわゆる谷山-志村予想は,1994年にWiles-TaylorによりEが半安定な場合に解決されたが,我々は,ある種のQ上のアーベル多様体にこの結果を拡張し,その応用として代数体上のQ-curveと呼ばれる楕円曲線や,種数2の代数曲線で,ヤコビ多様体が四元数乗法をもつもの(QM-curve)について,谷山-志村予想を証明した。これは,中央大学の百瀬氏等との共同研究で,1996年度の代数学シンポジウムで3時間にわたって報告した.1.四元数theta級数について.今回の研究では,有理数体上の正定値四元数環Bでその判別式qがq<10000なる素数の場合に,各q毎に(Type number T(q)個存在する)全ての極大整還の同型類の代表を求め,そのtheta級数を計算して,その一次独立性を調べた。これは,中央大学の百瀬氏等との共同研究で,1996年度の代数学シンポジウムで3時間にわたって報告した.
子宮内膜における銀好性細胞の出現とその本態に関する研究

正常子宮内膜には銀好性細胞は極めて抑か,あるいは殆ど認められないとされているが,癌化によって約20名の頻度で出現する。これら細胞の神経内分泌性格は免疫組織学的に証正されているが,発生機序および腫瘍の悪性度に関する生物予的意義についてはまだ充分解明されていない。本研究では出現機序については腸上皮化生を中心として,また生物学的意義については増殖能の立場からそれぞれ検討を加しえた。子宮内膜腺ではサイトケラチン7は発現しているが,腸上破癌では陰性である。従って,子宮内膜腺癌における銀好性細胞の発現とサイトケラチン7の有無との相関を検討した。結果は銀好性細胞の発現とサイトケラチン7の消失は必ずしも相関して認められず,腸上皮化生説は必ずしも支持されなかった。子宮内膜腺癌における銀好性細胞の出現もその増殖能を検討すると,銀好性細胞には増殖能が認められないにも拘らず,ヌードマウスにおける移殖実験では常に出現しており,これは本細胞が増殖によって継代維持されたるものではなく,増殖能を毎しない神経内分泌方向への分化よって発現するとの説を支持する結果が得られた。また,増殖細胞核抗原と指標として増殖能の欠除は,子宮内膜癌において銀好性細胞発現の有無と予后との間で相関性のよいことと符合すると考えられるが,出生学的意義について遺伝子レベルでの相関性の検索が今後に残されている。正常子宮内膜には銀好性細胞は極めて稀か,あるいは殆んど認められないとされているが,癌化によって約20%の頻度で出現する。このような銀好性細胞の子宮内膜癌における発現機序および生物学的意義についてはまだ充分解明されていない。本研究では出現機序について,腸上皮化生の立場について検討を加えた。先づ第1に,サイトケラチン7は婦人科癌では陽性であるが,腸上皮癌では陰性であり,腺癌の鑑別に利用されると報告されているので,子宮内膜癌におけるサイトケラチン7の発現と銀好性細胞との相関を検討した。子宮内膜癌では,必ずしも銀好性細胞の出現に平行してサイトケラチン7が失われると云う結果は得られなかった。従ってこれらの研究結果からは,子宮内膜癌における銀好性細胞の出現は腸上皮化生によるとの考えは必ずしも支持されなかった。しかし,サイトケラチン7の消失,あるいはWGAとの反応性の陰性化が腸上皮化生の絶体的指標になり得るか否かには疑問もあり,今後,別の面からの検討が必要と考えられる。正常子宮内膜には銀好性細胞は極めて稀か、あるいは殆んど認められないとされているが、癌化によって約20%の頻度で出現する。本研究では出現機序については腸上皮化生の立場から、また生物学的意義については増殖能の立場からそれぞれ検討を加えた。サイトケラチン7は婦人科癌では陽性であるが、腸上皮癌では陰性であり、腺癌の鑑別に利用されると報告されている。従って、子宮内膜癌におけるサイトケラチン7の有無と銀好性細胞の発現との相関を検討した。結果は、子宮内膜癌で銀好性細胞の出現に平行してサイトケラチン7が失われるとは限らず、腸上皮化生説は必ずしも支持されなかった。しかし、サイトケラチン7の消失が腸上皮化生の絶対的指標になり保つか否かには疑門もあり、今後の検討に残されている。腺癌における銀好性細胞の増殖能については消化器癌では認められないとされているが、子宮内膜癌についての研究はこれまでにない。最近増殖細胞の核に発現する抗原、すなわち増殖細胞核抗原(PCNA)がホルマリン固定パラフィン切片においても検出可能な抗体が開発され、これを用いた検討では、子宮内膜癌でも消化器癌と同様に増殖能のないことが判明した。

このことは子宮内膜癌において銀好性細胞発現の有無と今後との間に相関性のないことと符合すると考えられるが、生物学的意義については遺伝子レベルでの相関性の検索が今後に残されている。
YMC観測と気象・気候モデルを複合的に利用した海洋大陸上のMJO変質過程の解明

2017年から2018年にかけて海洋研究開発機構が主導的役割を果たしている国際研究プロジェクトYMC(Years of Maritime Continent)において研究観測船「みらい」による海上観測とスマトラ島での陸上観測が連動した集中観測が行われ、様々な観測データが取得された。観測データの整備を進めるとともに、そのデータの解析に取り組んでいる。一方、全球雲解像モデルNICAM (Nonhydrostatic Icosahedral Atmosphere Model)によるMadden-Julian Oscillation (MJO)のシミュレーションでは、雲内での水蒸気の凝結や降水過程を表現する雲微物理過程のうち、特に降水物質の落下速度がMJOの再現性に大きく影響することが経験的に分かったため、降水物質の落下速度について、チューニングに頼らずに物理的に正しい設定を可能とするための手法開発を行っている。雨滴が変形しながら落下する過程の第一原理計算のために、埋込み境界法を用いたシミュレーション手法を改良し、独自のシミュレーションコードを開発した。この研究により、NICAMをはじめとする標準的な雲解像モデルでは、雨滴落下速度が過大評価されていることが分かった。しかしながら、現在のシミュレーションコードは、2次元または軸対称な雨滴への適用に限られており、カオス的な挙動を示す大きな水滴への適用ができない。そのため、3次元への拡張を意図し、雨滴表面の再構築にベジエ補間を用いる新手法を開発した。さらには、NICAMにおいては地形性降水の計算が十分な水平解像度で計算できない問題があるため、その解決を目指してNICAMと同じ格子を用いても水平解像度のより高い計算が可能な新しい水平離散化手法を正20面体格子に実装し、浅水モデルにおいてより制度の高い計算が実現できることを確かめた。YMC観測データの解析とNICAMによる数値計算準備について、おおむね順調に進展している。海洋大陸上のマッデン・ジュリアン振動の振る舞いについて、YMCデータの解析を進める。また、数値シミュレーションや理論モデルを用いて、降水システムの階層性について仮説モデルの検討を進める。海洋研究開発機構により研究調査船「みらい」と陸上観測を組み合わせて実施されたpre-YMC(Years of Maritime Continent)集中観測で取得されたデータの整備とそれを用いた解析を行った。スマトラ島における陸上降水の日周期特性や、陸上の降水を起点にした海上への降水システムの伝搬の事例について、境界層内の冷気流や自由対流圏の内部重力波の伝搬による可能性を検討した。また、降水システムや竜巻の発生について現場での目視事例と再解析データの解析を合わせて検討を行ったところ、スマトラ島の山岳の影響が重要であることが示唆された。pre-YMC期間を対象として全球雲解像モデルNICAM(Nonhydrostatic Icosahedral Atmosphere Model)を用いたシミュレーションを行い、データ解析を行った。2011年にインド洋を中心に行われた観測事例(CINDY2011)を対象としたシミュレーション結果と同様に、NICAMによるシミュレーションでは、地表潜熱フラックスが弱風時に過小評価され、強風時に過大評価される傾向があることが分かった。弱風時と強風時の地表潜熱フラックスを補正し、現実に近づけた感度実験を行った。コントロール実験ではマッデン・ジュリアン振動に伴うまとまった降水域の東進現象は現実的に再現できなかったが、地表潜熱フラックスを補正した感度実験では降水域の東進が現実的に再現され、過去研究で指摘されてきたような雲微物理過程だけでなく、下部境界条件としての地表潜熱フラックスもマッデン・ジュリアン振動現象の再現に重要であることが分かった。海洋研究開発機構が主導的役割を果たしている国際研究プロジェクトYMC(Years of Maritime Continent)において研究観測船「みらい」と陸上観測が連動した集中観測が実施され、横井がPIとして「みらい」に乗船すると共に、学生1名も乗船し観測に従事した。観測データの整備を進めると同時に、初期的なデータ解析を行なっている。我々のグループで開発したマッデン・ジュリアン振動現象の検出アルゴリズムを高度化し、マッデン・ジュリアン振動とその他の活発な対流活動の違いについて調べた。その結果、マッデン・ジュリアン振動のようなインド洋上で発達した後に海洋大陸上を通過して西/中央太平洋へと至る対流システムと、インド洋上でのみ発達するだけで、西/中央太平洋へと至らずに衰弱するシステムとでは、インド洋上における大規模循環の発達の度合いに違いがあることが分かった。湿潤静的エネルギー収支や乾燥静的エネルギー収支の解析から、特に水蒸気の水平移流に違いがあることが分かった。マッデン・ジュリアン振動として発達する場合には、東側から多量の水蒸気が供給され、対流がより深く発達する。これまでの研究では、大気海洋結合プロセスによるマッデン・ジュリアン振動の時間スケールでの海面水温変動が重要と考えられてきたが、季節内よりも長い時間スケールでの背景としての海面水温変動がマッデン・ジュリアン振動の発達に取って重要であることが分かった。このような海面水温の東西偏差の重要性について検証するべく水惑星条件での熱帯気象シミュレーションに着手した。YMC観測への参加とデータ解析、及び、数値計算の準備についておおむね順調に進展している。

一方、全球雲解像モデルNICAM (Nonhydrostatic Icosahedral Atmosphere Model)によるMadden-Julian Oscillation (MJO)のシミュレーションでは、雲内での水蒸気の凝結や降水過程を表現する雲微物理過程のうち、特に降水物質の落下速度がMJOの再現性に大きく影響することが経験的に分かったため、降水物質の落下速度について、チューニングに頼らずに物理的に正しい設定を可能とするための手法開発を行っている。雨滴が変形しながら落下する過程の第一原理計算のために、埋込み境界法を用いたシミュレーション手法を改良し、独自のシミュレーションコードを開発した。この研究により、NICAMをはじめとする標準的な雲解像モデルでは、雨滴落下速度が過大評価されていることが分かった。しかしながら、現在のシミュレーションコードは、2次元または軸対称な雨滴への適用に限られており、カオス的な挙動を示す大きな水滴への適用ができない。そのため、3次元への拡張を意図し、雨滴表面の再構築にベジエ補間を用いる新手法を開発した。さらには、NICAMにおいては地形性降水の計算が十分な水平解像度で計算できない問題があるため、その解決を目指してNICAMと同じ格子を用いても水平解像度のより高い計算が可能な新しい水平離散化手法を正20面体格子に実装し、浅水モデルにおいてより制度の高い計算が実現できることを確かめた。YMC観測データの解析とNICAMによる数値計算準備について、おおむね順調に進展している。YMC観測に参加するとともに、現実条件・水惑星条件での数値実験を実施し、マッデン・ジュリアン振動現象内部に存在する降水現象の階層性について調べる。海洋大陸上のマッデン・ジュリアン振動の変質について、YMCデータの解析を進める。また、数値シミュレーションや理論モデルを用いて、降水システムの階層性についての仮説モデルを検討する。海洋大陸上のマッデン・ジュリアン振動の振る舞いについて、YMCデータの解析を進める。また、数値シミュレーションや理論モデルを用いて、降水システムの階層性について仮説モデルの検討を進める。
光切断リンカーを利用した生理活性物質ターゲット探索方法の開発

アフィニティ樹脂を用いたターゲット探索をより効率するため、新たに光によって選択的切断可能なリンカーを固相担体と生理活性物質の間に導入した。その結果、既存のターゲット蛋白質を低温下(4度)、短時間(15-30分程度)の光照射のみで選択的にアフィニティ樹脂より溶出することに成功した。本方法では、反応に使用するbuffer(溶媒)に制限が無く、通常buffer条件のまま反応が進行するため、汎用的な手法となった。本研究目的を達成するために重要となる光発生装置に関する検討を当初行った。特に旧機種で問題となった(1)ブロードな波長から構成される光しか発生できないため、光照射によって時間経過と共にターゲット蛋白質や核酸分子などが変性する点、(2)熱源を含む光照射を長時間行なうことによるサンプル温度が向上し蛋白質や核酸分子などが変性する点、の2点を共に解決する機種の探索を目的とし、各種機器選定を行なった。その結果これらの問題点をすべて解決する機種を見い出すことが出来、当該機器を東京インスツルメンツから導入した。そして、o-nitoro型光切断リンカーを利用し、導入機種を用い、光切断反応に影響を与えるリンカー構造、スペーサー構造、固相樹脂担体構造などの変換を行い、4度反応において、1030分程度の光照射によって充分に切断される条件構築を目標とし、詳細な検討を行った。リンカー構造部分の変換では、同一光切断リンカーをタンデムに複数繋ぐことによる反応促進効果の検討、光切断反応が起こる光切断リンカー部分構造の構造最適化、リガンド分子とリンカー分子との距離を保つことによる反応促進効果を目指したスペーサー分子の導入等の検討を中心に行った。その結果、市販の光切断リンカー単量体を用いた条件においても、スペーサー分子としてグリシンを導入した場合、目的とする顕著な反応促進効果が認められた。つまり、本スペーサーの利用により、目的とする4度下、10-30分程度の光照射によって充分な切断反応が達成されることを確認することが出来た。また、同時に各種の生体成分でも広範な適応を念頭に置き、生化学実験において汎用される代表的なbuffer成分での検討を行い、本方法が広範な条件においてほぼ等しく反応することを確かめることが出来た。昨年度条件検討を行い見い出すことに成功したターゲット蛋白質を含む生体成分へのダメージを極力抑制した装置環境を用い、具体的な光切断リンカーの検討および、その最適化検討を行った。検討は光照射によって選択的に切断可能なリンカーの改善検討に限らず、固相担体と当該リンカー間のスペーサー分子の有無およびその性質と長さ等による結果への影響なども含め広範な条件に関し、行った。その結果、既存のo-nitro型光切断リンカーを利用し、適当な長さを有する親水性スペーサーを導入することによって、効率的にターゲット蛋白質のみを選択的溶出できる条件の開発に成功することができた。また、同時に行ってきた独自開発樹脂の最適化も並行して行い、市販予定のメタクリレート系固相担体の開発にも成功することが出来た。そして、当該固相担体を利用し、上述の光切断リンカーおよび親水性スペーサーを組み合わすことによって、充分実用に耐えうる新規アフィニティ樹脂を開発することが可能となった。本年度はベンゼンスルフォンアミドをリガンドとして選択し、ラット脳から調整したcrudeなライゼートから、ベンゼンスルフォンアミド特異的結合蛋白質であるCA2を選択的にアフィニティ樹脂から溶出することに成功した。本事例では、高感度の銀染色レベルにおいてもCA2以外の蛋白質溶出が認められず、本手法の有用性を認めることが可能であった。今後は、他の既知選択的結合蛋白質の同定が本手法において、効率的に実施することが可能か?について検討し、手法の完成度を向上させる計画である。これまでに開発してきた光切断反応用装置を用い、光切断リンカーを用いたターゲット特異的溶出実験を遂行した。その中で、我々独自に開発したアフィニティ研究用固相担体AquaFirmus(筑波家田化学より販売)を用いた系において、顕著に特異的吸着蛋白質のみの選択的な溶出が可能であることが明らかとなった。これを開発した条件は、(1)反応系がsaline相当の単純bufferであり、特別な添加剤を必要としないこと(2)蛋白質のnative状態を最も長く保有できる温度である4度で行えること(3)約30分程度の光照射時間でほぼ選択的溶出反応が飽和すること、などの観点から目的とするターゲット未知の生理活性物質のターゲット探索研究において広く適応が可能であることが示唆された。最後に、本研究課題で構築された研究成果の有効性を検証するため、ターゲット既知の生理活性物質である2つの化合物ベンゼンスルフォンアミドおよびFK506をリガンドとして選択し、ラット脳から調整したcrudeなライゼートから、ベンゼンスルフォンアミド特異的結合蛋白質であるCA2、およびFK506特異的結合蛋白質FKBP12を、それぞれ選択的にアフィニティ樹脂から溶出すること実施した。

その結果、高感度の銀染色レベルにおいてもCA2やFKBP12以外の蛋白質溶出が認められず、本手法の有用性を認めることができた。今後は、実際のターゲット探索研究に本手法を広く適応する計画である。
ヘンリー・ソローの教育哲学における「円」、「成長」および「自由」

研究期間内に実施した、ヘンリー・ソローの教育哲学に関する研究及びその成果として挙げることができるのは、子供の頃にソローが経営する学校の生徒でもあった、ルイザ・メイ・オルコットのソロー観、他の哲学者たちとの比較においてソローの自由と教育に関する見解を論じた"Thoreau and Freedom"、「成長」との関連における四季の循環の意義についての論文の三編、および2013年に音羽書房鶴見書店から出版された、ソローの教育哲学と自然観察に関する著書、Henry D. Thoreau: His Educational Philosophy and Observation of Natureである。平成24年度の研究成果としては、拙論「ルイザ・メイ・オルコットのソロー観」が『ソローとアメリカ精神ー米文学の源流を求めて』という題名の「ヘンリー・ソロー没後150周年記念論集」の一論文として金星堂から10月1日に出版された。これは日本ソロー学会発行で、日本学術振興会科学研究費補助金研究成果公開促進費学術図書(課題番号245042)による刊行物である。また、製本が完成した段階で修正の必要が生じたためまだ発売されてはいないが、アーネスト・M・ファウラーによる詩『Tide Pools(潮だまり)』が絵本として拙訳付きで信山社から出版される。さらに、平成21年3月に学位を授与された博士論文は、「索引」の作業も終わり、まもなく出版の予定である。平成23年度から続く研究に関しては、"Thoreau and Freedom"という題で、10ページの英語論文を完成させた。すでに日本ソロー学会誌編集委員会に提出済みで、平成25年度の『ヘンリー・ソロー研究論集、第39号』に掲載される見込みである。内容に少し触れると、ソローの「自由」についての考察を、デカルト、カント、シモーヌ・ヴェイユ、ジョン・デューイ、エーリッヒ・フロム、ジョン・ステュアート・ミル、ベルグソン等、さまざまな思想家の考えとの比較において論じている。ソローは、「自由」を社会の枠組みの中で多く論じた一方で個人の「自由」を重視し、学校教師として目標としたのは、生徒の心を「知的に、道徳的に、感情的に」自由にすることであり、それは何よりも「個人的成長の自由」を求めたからであった。日本語の論文としては、「『成長』との関連における四季の循環の意義」を完成させたが、この論文では「円」に象徴される四季の巡りと、植物の「成長」を表象する直線の意義が論じられている。こちらは、『日本アメリカ文学会』の会誌に投稿の予定である。最終年度に実施した研究成果として挙げることができるのは、第一に、平成25年8月に音羽書房鶴見書店から出版された247頁に及ぶ英文の著書『Henry D. Thoreau: His Educational Philosophy and Observation of Nature』。第二に、同年9月に『ヘンリー・ソロー研究論集第39号』(日本ソロー学会発行)に掲載された論文「Thoreau and Freedom]。第三に、『東北アメリカ文学研究第37号』(日本アメリカ文学会発行)に掲載された論文「『成長』との関連における四季の循環の意義」である。研究目的は、自然と教育の相互関係に焦点を当て、「ヘンリー・デイヴィッド・ソローの思想が独特の教育哲学として解釈されうることを、『日記』などの資料を広汎かつ詳細に分析することにより、証明すること」であったが、第一に挙げた拙著はまさにこの研究目的を遂げたものである。また、研究実施計画は、研究課題「ソローの教育哲学:『円』、『成長』、『自由』をテーマに」に沿うものであり、平成25年度は「自由」に関して「ソローの『日記』および諸作品における記述を中心に、他の哲学者や思想家の見解を参照しながら理解を深めて行く計画」であった。研究成果の第二、第三に挙げた拙論はいずれもこの研究計画に沿った結果であると言える。研究期間全体を通じて実施した研究の成果としては、平成23年度は震災の影響から成果を残すことができなかったものの、平成24年度10月には、日本学術振興会科学研究費補助金研究成果公開促進費学術図書『ソローとアメリカ精神ー米文学の源流を求めて』(金星堂)に拙論が掲載されたこともあり、全体としては、研究目的および計画に沿った成果をあげることができたと言える。本研究の目的は、ヘンリー・ソローの思想が独特の教育哲学として解釈され得ることを、『日記』等の資料の広汎かつ詳細な分析により証明することである。従来のソロー研究は、主として『ウォールデン』やエッセイを中心に、彼を超絶主義者、政治批判者、博物学者として解釈することに重点が置かれてきた。しかし、ソローの思想の根源には、人間の成長が自然との接触に深く影響されるという自然主義的教育思想があることは明らかである。自然と教育の相互関係という視点から、彼の著作活動の全体を包括的に分析することによってはじめて、ソローを真に革新的な、超時代的な著述家として、十九世紀アメリカ文学史・思想史の中に正当に位置づけることが可能になる。

本研究では彼の教育哲学の分析を中心として、「自由」に関する彼の思想を詳細に解明するよう努めた。ソローは、教師として「生徒を知的に、道徳的に自由にする」ことを目標とし、「自由の哲学者」とも呼ばれる。彼にとって「自由」とは人の本性の尊厳に正比例するものであり、人をして「理性」に対してのみその思考と行動の責任を負わしめるものであった。また彼の考える「自由」の中には「特定の才能を伸ばす自由」も挙げられているが、これは、彼の教育の目的が、生徒が自らの能力を十分に伸ばし成長する手助けをすることであったことを想起させる。ソローの教育哲学の分析を通して、彼の「自由」についての見解を、時代を超えた他の哲学者や思想家、例えば、カント、シモーヌ・ヴェイユ、エーリッヒ・フロム、ジョン・デューイ、ジョン・ステュアート・ミル、ベルクソン等の見解とも比較しながら明らかにする計画であったが、彼らは社会の枠組みになかで「自由」を論じることが多く、まだ結論は出ていないのが現状である。本研究は英語で書かれており、今秋には論文集において発表する予定であるので、できるだけ早い時期に結論に到達したいと思う。「研究の目的」の現在までの達成度としては計画に沿って進んでいると思われる。平成23年度は東日本大震災の影響のため研究が計画通りに進まず、「自由」をテーマにした論文をまとめることができなかったが、平成24年内に"Thoreau and Freedom"というタイトルで完成することができた。所属学会の会誌に載せるために10ページ以内に収めなければならず、当初の予定ほど多くを論じることはできなかったが、内容としては計画に沿っていると思う。古今のさまざまな思想家の「自由」に関する意見とソローの考察を比較できたのは興味深いことであり、いろいろな資料から学ぶことが多かった。ソローにとって「自由」とは外的物理的強制がないというだけでなく、社会における独立した個人として「自らの考えを考える自由」、「自らの人生を生きる自由」、「自らの諸力を最高に働かせる自由」に加えて、「周囲の自然環境を探索する自由」も含まれる。そして教育に関しては、学校教育、生涯教育を問わず、心を知性、道徳、感情の面において自由にすることを目的とし、何よりも「個人の成長の自由」を重んじた。この研究成果は次の研究課題である「成長」へとつながるものである。平成24年度の研究課題である「円」というテーマに関しては、予定したような広範な比較研究にはならなかったものの、「『成長』との関連における四季の循環の意義」という日本語の論文を完成させた。また、「ルイザ・メイ・オルコットのソロー観」では、オルコット作品の登場人物を通してソローの教育哲学を確認し、さらに、博士論文の出版のための作業に取り組んだことは、内容を再吟味することによって自らの研究をさまざまな角度から見直すことができ、今後の研究のための理解を深めるのに役立った。以上のことから、平成24年度における「研究の目的」の達成度に関しては、順調であったと言えると思う。
光機能性バイオナノマテリアルの2光子吸収過程―機構解明とデバイス開発に向けて―

光機能性のバイオマテリアル・バクテリオロドプシン(bR)を用いた新規な光書込みデバイス開発にとって、核となる技術であるbRの固体化に取組んだ。bRを光記録デバイスに応用するためには、固体中でもbRの光反応による光書込みが可能で、かつ高密度書込みのために記録層(bR膜)の積層が重要となる。親水性高分子であるポリビニルアルコール(PVA)を固定媒体として作製した固体試料に対し、bRの機能・構造上の特徴を検討した。固体試料中のbRは溶液系とほぼ同一の光応答を示し、かつ天然で形成する高次構造を維持していた。また、PVAのゲル化に伴いbR膜の積層が起き、PVA系は将来的な応用に有用であることがわかった。光機能性の生体物質・バクテリオロドプシン(bR)を用いた新規光記録デバイス開発を目指して、その原理となるbRの2光子吸収現象を解明するとともに、デバイス化に不可欠な固体試料の作製を目的として研究を進めている。平成26年度は、主に固体試料作製について重点的に研究を行った。bRの光記録デバイスへの応用のためには何らかの方法で試料を固定化するのだが、bRの機能を光で引き出すために、可視光近赤外光に対して透過性の極めて高い媒質を用いる必要がある。このため、固体化のための媒質として無色透明で光透過性が高く、水分を多く含み生体物質に対し親和性の高い、かつ強固なゲルを形成することが知られているポリビニルアルコール(PVA)を選択し、固体試料作製の条件検討を行った。PVA溶液にbRの超分子複合体である紫膜を混合し、凍結・融解サイクルを繰り返すことで強固な紫膜ーPVAゲルを作製した。ゲルの厚さを様々に変化させた試料を作製し、紫外近赤外領域の試料による光吸収を確認した結果、厚さ0.1 mmのゲルを作製すれば懸濁液系とほぼ同等のバックグラウンドレベルとなることが分かった。しかし、薄い試料では凍結・融解サイクルの過程の体積減少により試料中に気泡が生じ、分光測定には適さない。このためPVA濃度を検討し、気泡の入らない最適な試料作製条件を決定した。紫膜ーPVAゲルに可視光を照射すると、bRの色素レチナールの吸収バンドの長波長シフトが懸濁液系と同等程度の大きさで観測された。このことは、bR分子はゲル中においても溶液中同等の光反応を起こすことを示している。さらに、紫膜ーPVAゲルの凍結・融解サイクルの過程において可視領域の円2色性測定を行ったところ、凍結・融解サイクルが進みPVA分子間の水素結合形成が進行するに従って紫膜の配向性が向上していく結果が得られた。この結果は、光励起の効率の向上に寄与するものと期待できる。光機能性の生体物質・バクテリオロドプシン(bR)を用いた光記録デバイス開発を目的として、書込み原理となる2光子吸収現象を制御可能にするとともに、デバイス化のために必要不可欠な固体試料の作製を目的として研究を進めている。平成27年度は、前年度までに作製したポリビニルアルコール(PVA)ハイドロゲル中にbRの超分子複合体である紫膜を固定した固体試料に対し、bRの構造・機能の観点に焦点を当てて研究を進めた。同時に、光書込みしたbR色素に対する書込み情報の消去(bR色素の再生)に関する研究を行い、メモリのランダムアクセス化の実現を目指した。PVAゲル中でのbRの機能に関しては、群馬大学の園山正史教授の協力の下、bRが光駆動プロトンポンプとして機能する際に経る"光サイクル"と呼ばれる一連のbRの構造変化を時間分解吸収分光測定により直接観測し、光サイクル中の光中間体の生成・減衰の時定数を懸濁液系のbRと比較することで評価した。PVAゲル中の紫膜bRは、懸濁液系の紫膜bRとほぼ同一な光サイクルを示した。PVAゲルで固定化された紫膜bRの2次元結晶を確認するために、群馬大学の高橋浩教授の協力の下、放射光施設においてX線回折実験を行った。凍結前のゾル状の紫膜PVA溶液ならびに凍結・融解サイクルを5回繰り返したゲル状bRに対する測定から、bRの2次元結晶構造はPVAゲル中においても保持されていることが分かった。さらに、紫膜とPVAゲル構造が織りなす様々な周期構造についての知見が得られた。光退色した(書込まれた)bR色素に対する青色光照射による色素再生と、bRの2次元結晶との関係を明らかにするために、人工リン脂質膜にbRを再構成した試料を用いて懸濁液中での実験を行った。これまで青色光照射により退色したbR色素は70%程度回復することが知られていたが、リン脂質膜が液晶相をとりbR結晶性が崩れたときに青色光照射すると、ほぼ100%の割合で色素回復が起こることを見出した。PVAゲル中で固定化した紫膜bRに対する時間分解測定の結果、bRの光化学的応答はPVA固体試料中でも観測され、驚くべきことに水溶媒中とほぼ変わらないキネティクスであった。この結果は、水分を多く含むハイドロゲル中においてもbRは水中と変わらず機能できることを示しており、デバイス応用のため固定媒体としてPVAを選択したことの妥当性を示すものである。今後の研究推進にとって非常に意義深い結果であると言える。また、凍結・融解サイクルによりPVAゲル化が進んだ試料では、M中間体生成効率の上昇を示唆する結果を得た。

これは、これまでのPVAゲル中での紫膜の配向化と矛盾しない結果であり、bRの光書込みを制御する上で重要な要素となる。PVAゲル化進行に伴うbRの2次元結晶構造への影響を検討するために、放射光施設においてX線回折実験を行った。凍結前のゾル状の紫膜PVA溶液ならびに凍結・融解サイクルを5回繰り返したゲル状試料に対する測定から、bRの2次元結晶構造はPVAゲル構造形成の有無にかかわらず保持されることが分かった。さらに、これまでに示唆されていたPVAゲル中での紫膜の配向について、配向を直接示す異方的な回折ピークを観測した。ゲル中で紫膜が配向することは、今後高密度書込みを行う上で非常に大きなメリットとなり、大変意義深い結果である。また、凍結前のゾル状試料において、紫膜間の20 nm程度の周期構造が確認された。このことは、ゲル化が進む前から紫膜同士がPVA中で規則構造を形成していることを示し、ゲル化に伴う紫膜配向機構を考える上で重要な結果である。メモリのランダムアクセス化を実現するために、計画外ではあったが退色したbR色素の再生とbR結晶性の関係について実験を行った。結果として、bR結晶性が悪い時の方が青色光による色素再生効率が飛躍的に上昇し、100%に近い再生割合であった。この結果はメモリの再書込みのために必須の技術の実現可能性を示すものである。光機能性タンパク質・バクテリオロドプシン(bR)を用いた光記録デバイス開発を目的として、デバイス化に必要不可欠である試料の固体化を中心に研究を行った。平成28年度は、(1)凍結・融解法によるポリビニルアルコール(PVA)ハイドロゲル固定紫膜試料、(2) bRを脂質2重層膜に再構成したプロテオリポソームをPVAで固定化した試料、(3)アガロースゲル固定紫膜試料について、bRの構造・機能評価を行った。(1)放射光X線回折実験により、1紫膜のPVA溶液への混合、ゲル化がbRの2次元結晶に影響しない事、2紫膜・PVA混合溶液のみに存在した等方的な構造周期(約20 nm)が紫膜濃度減少に伴い増加した事、3ゲル化に伴い等方的周期構造が不鮮明となり、紫膜が単一方向に積層した事、がわかった。時間分解分光実験により、PVAハイドロゲル中の紫膜bRの光サイクルは全体として溶液系での挙動と同一であるが、凍結前の紫膜・PVA混合溶液ではbR基底状態への復元過程が若干遅く、ゲル化に伴い溶液系に近付く結果が得られた。現時点ではゲル化に関与しないPVA鎖と紫膜との相互作用が疑われている。(2)脂質膜のゲルー液晶相転移を利用しbRの結晶性を温度で制御する再構成膜について、PVA溶液と混合し凍結・融解法により固定化した。この固体試料の可視CD分光から、相転移温度以上において2次元結晶が融解する結果が得られ、固体試料でも脂質膜相転移によりbR結晶性の制御が可能である事が示された。(3)アガロースハイドロゲル固定化紫膜試料を作製し、bR機能・構造評価を行った。bRの光サイクルは溶液系と変わらず、アガロースはPVAと同様にbRの機能を損なう事なく固定できる媒体であった。一方PVAで見られた紫膜の積層はアガロースゲル中では見られず、高分子鎖のゲル化機構が紫膜の積層に本質的に関与している事がわかった。光機能性のバイオマテリアル・バクテリオロドプシン(bR)を用いた新規な光書込みデバイス開発にとって、核となる技術であるbRの固体化に取組んだ。bRを光記録デバイスに応用するためには、固体中でもbRの光反応による光書込みが可能で、かつ高密度書込みのために記録層(bR膜)の積層が重要となる。
siRNAによる制御性B細胞誘導と難治性鼻副鼻腔炎に対する新規治療法に関する研究

RNA干渉は二本鎖RNAと相補的な塩基配列をもつmRNAが分解される現象で、1998年Andrew Z. FireとCraig C. Melloにより発見された。RNA干渉はsiRNA(smallinterfering RNA)という21-23bp塩基対の短い合成二本鎖RNAによって惹起されるが、siRNAを応用することにより特定の遺伝子を抑制することが可能となる。申請者はこのsiRNAに注目し、siRNAを用いたアレルギー疾患の制御に関する研究をしてきた。そして申請者は、CD40に対するsiRNAを導入した樹状細胞が制御性T細胞を誘導できることやアレルギー疾患を抗原特異的に制御できることを初めて報告した。また一方、近年制御性樹状細胞や制御性T細胞のみならず免疫反応を抑制するB細胞(制御性B細胞)の存在が発見され注目されている。アレルギー反応はIgEを介して出現するが、B細胞はIgEを産生する細胞であり、アレルギー反応において大変重要な役割を果たしている。また、B細胞は樹状細胞と同様に抗原提示細胞である。さらに、CD40はB細胞のIgE産生において必須である。以上を踏まえ、私たちはB細胞に注目し、siRNAを導入することによりB細胞の修飾が可能かどうか、また制御性B細胞の誘導が可能かどうか研究している。CD40に対するsiRNAをB細胞に導入することに成功し、B細胞上のCD40の発現を抑制することに成功したから。マウスに卵白アルブミン抗原を感作させて、抗原感作T細胞を脾臓より採取する。そして採取した抗原感作CD4+CD25-T細胞とCD40siRNA導入B細胞を反応させて、産生されるサイトカインをELISAにて測定する。測定するサイトカインとしてはIL-4、IL-5、IL-10、IL-13、IL-35、IFN-γ等を予定している。また、T細胞反応を[3H]thymidineの取り込みによって評価する。さらに、抗原感作T細胞とCD40siRNA導入B細胞T細胞の反応によるT細胞の変化についても検討する。具体的にはReal-time PCRにてFoxp3遺伝子の発現変化を調べたり、FACSにてCD4+CD25+T細胞の陽性率の変化について調べたりする。そして、制御性T細胞誘導能を調べる予定である。培養細胞が不健康のため、一部できていない研究が存在します。以上より次年度使用額が生じました。
大腸菌の呼吸鎖欠損株が示す異常な糖代謝の機構解明と発酵生産ロバスト化への応用

研究代表者は発酵生産の効率化を目的として研究を進め、これまでに酸化的リン酸化の不具合によるエネルギー欠乏の誘導が異化代謝を活性化して生産性向上に有効であることを示してきた。本研究では大腸菌の呼吸鎖酵素二重欠損ΔΔ株が示すエネルギー欠乏への潜在的な適応機構と考えられる異常な糖代謝を材料として、1)その機構をメタボローム解析やRNA-Seqによる網羅的遺伝子発現解析などを通じて調べる。さらにその結果を応用して、2)有用物質生産のためのロバスト(強靭)な大腸菌宿主を開発する。以上の研究が進展できれば、大腸菌の基礎科学と産業応用の双方における大きな貢献が期待される。
トゲウオ科魚類における種分化の遺伝機構

日本海型と太平洋型イトヨのゲノム配列を決定し、雑種不妊のQTL領域内でアミノ酸置換を起こしている遺伝子を複数同定した。また、comparative genome hybridizationを利用してネオ性染色体の退縮、及び、量的補償のパターンを明らかにした。生殖隔離以外の表現型の種間分化の遺伝基盤についてもQTL解析によって原因遺伝子座を同定した。また、性染色体と常染色体の融合している事例を集めて系統樹上にマッピングし、進化パターン解析を行い、メス減数分裂ドライブがネオ性染色体の進化に関与しているという仮説を提唱した。申請者の研究によって、雑種不妊と求愛行動の分化の原因遺伝子座が、性染色体に局在することが明らかとなっていた。そこで、これら以外の種間差のQTL解析を行った結果、多くの種間差が、ネオX染色体と祖先X染色体にマッピングされた。ネオX染色体上のQTLは、雌雄双方において効果を持つのに対して、祖先X染色体上のQTLは一方の性のみでしか効果を持たないことが明らかになった。また、雑種行動異常の原因遺伝子は祖先X染色体に見つかった。これらの成果は、ネオX染色体と祖先X染色体の間に機能的な違いがあることを示しており、性染色体と種分化の関係を論じる上で重要な成果になると期待される。また、日本海型イトヨのメス1個体について、全ゲノムを解読した。ネオX染色体と祖先X染色体の双方において、常染色体よりもヘテロ接合度の低下がみられた。一方、アラスカ湖産のイトヨの配列と比較したところ、19番(祖先X染色体)は明らかに常染色体よりも遺伝的分化が少なかったが、ネオX染色体ではまだその傾向が現れていなかった。このように、ネオX染色体には、常染色体とは異なる特徴が現れつつあるものの、まだ、祖先X染色体ほどの分化が進んでいないことが明らかになった。これは、性染色体の進化を理解する上で極めて貴重な知見である。また、魚類における性染色体転座の文献例を集めて頻度やパターンを解析した。この研究成果は、性染色体の転座が魚類で頻繁に生じることを示しており、申請者らの研究成果が普遍性を持つ可能性を強く示唆したものである。申請者の研究によって、日本海型イトヨと太平洋型イトヨの間の生殖隔離機構として雑種不妊と求愛行動の分化が同定されていた。またこれら隔離機構のQTLマッピングを行い、原因遺伝子座が、性染色体に局在することが明らかとなっていた。また、日本海型イトヨには、太平洋型イトヨには存在しないネオ性染色体が存在することが明らかになっていた。そこで初年度にはSOLiDシークエンサーを利用して、日本海型イトヨメスの一個体と太平洋型イトヨメスの一個体のゲノム配列を決定した。この際、indelや染色体組み換えも同定できるように、インサート長の異なるロングメイトペアーライブラリを用いた。得られた配列をBioScopeやCLC Genomicsを用いてアラスカ湖産の参照配列(既にネット上で公開)にマッピングし配列を決定した。まず、雑種不妊のQTL領域内でアミノ酸置換を起こしている遺伝子を複数同定した。この中で最も興味深い遺伝子としてクロマチンやDNA結合能を持つ遺伝子を同定した。また、ネオX染色体にヘテロ接合度の低下など、X染色体のゲノム特徴も見い出された。またcomparative genome hybridizationを利用してネオ性染色体の退縮、及び、量的補償のパターンを明らかにした。また、性染色体と常染色体の融合している事例を集めて系統樹上にマッピングし、進化パターン解析を行った。この結果に基づいて、メス減数分裂ドライブが、ネオ性染色体の進化に重要であるという仮説を提唱した。
ワイドギャップ半導体量子井戸及び有機無機複合量子井戸のサブバンド間遷移

GaN/AlN量子井戸は伝導帯のバンドオフセットが大きく、光通信波長帯でのサブバンド遷移(ISBT)を実現できる。サブバンド間遷移ではLOフォノンとの強い結合が存在する為、非輻射緩和が100fs程度と高速であることが予想され、高速非線形材料として非常に有望である。これまでは十分なサブバンドエネルギー間隔がある薄い井戸層を持つ量子井戸構造を作っても、光非線形性を直接測定できるほどの高ドープ濃度でかつ良質な試料の作成が困難であったため、GaN/AlN量子井戸のサブバンド間遷移に対する光スイッチング特性(非線形光学定数及び緩和過程)を評価した例はほとんど無かった。本研究では昨年度までにGaN/AlN量子井戸構造におけるサブバンド間遷移に共鳴した三次光非線形性の評価を行ってきた。さらにこのサブバンド間遷移の緩和を詳細に調べ、そのエネルギー依存性から緩和のメカニズムを調べた。本年度は、昨年度までに作成した光学系を用い、ポンプ光よりもプローブ光が先に到達するいわゆる「負の」時間領域でもポンプ・プローブ分光を行った。その結果、従来の半導体における結果と異なり、ポンプ光とプローブ光の波長が大きく離れている場合にも周波数軸上でコヒーレントな振動が観測された。また、信号の遅延時間依存性より、この系の位相緩和時間が、理論計算から求められている値よりも一桁長い可能性があることを明らかにした。この結果は、サブバンド遷移における電子の緩和が、単なる一電子-フォノン間の相互作用では記述できないことを示唆している。GaN/AlN量子井戸は伝導帯のバンドオフセットが約2eVと大きく、光通信に使われている近赤外領域でのサブバンド遷移を実現できる。また、LOフォノンとの強い結合の為、非輻射緩和が100fs程度と高速であることが予想され、高速非線形材料として非常に有望である。これまでは十分なサブバンドエネルギー間隔がある薄い井戸層を作製する際にGaN-AlN間の格子不整合などが問題になっていたが、過去12年の間に日米のいくつかのグループで波長1μm台前半にサブバンド遷移を持つ量子井戸が実現されるようになっている。しかしながら現在のところGaN/AlN量子井戸のサブバンド間遷移に対する光スイッチング特性(非線形光学定数及び緩和時間)を評価した例はほとんど無い。本年度の研究では本学電子工学科の岸野研究室から提供されたGaN/AlN量子井戸で波長1.55μmにピークを持つサブバンド間遷移を観測し、さらにその非線形光学応答の評価を行った。具体的にはフェムト秒光パラメトリック増幅器からの波長1.55μmの出力光を使い、ドープされたGaN/AlN多重量子井戸に対してブリュースター角入射での縮退ポンプ・プローブ分光を行った。得られた信号には明らかな偏光依存性が見られ、さらにその緩和には高速な成分(140fs)と遅い成分(1.3ps)があることが分かった。また、プローブ光透過率変化のポンプ光強度依存性から、この遷移における飽和強度及び三次の非線形光学定数を見積もることができた。また、LOフォノンとの強い結合が存在する為、非輻射緩和が100fs程度と高速であることが予想され、高速非線形材料として非常に有望である。これまでは十分なサブバンドエネルギー間隔がある薄い井戸層を作製する際にGaN-AlN間の格子不整合などが問題になっていたが、これまでに日米のいくつかのグループで波長1μm台前半にサブバンド遷移を持つ量子井戸が実現されるようになっている。しかしながら光非線形性を直接測定できるほどの高ドープ濃度でかつ良質な試料の作成が困難であるため、現在のところGaN/AlN量子井戸のサブバンド間遷移に対する光スイッチング特性(非線形光学定数及び緩和過程)を評価した例はほとんど無い。本年度は、昨年度に行った三次光非線形性の評価を引き続き行うとともに、非縮退ポンプ・プローブ法にょる測定を新たに行って、サブバンド間遷移の緩和過程をより詳細に調べた。具体的には光パラメトリック増幅器のシグナル光とアイドラー光をそれぞれポンプ光ないしはプローブ光として用い、波長を振りつつプローブ光強度の時間変化を測定することによってサブバンド間緩和のエネルギー依存性を測定した。その結果、通常言われているLOフォノンによる超高速のサブバンド間緩和とともに、ピコ秒程度の遅い緩和がキャリアの冷却過程によって生じていることが明らかになった。また、得られたデータからサブバンド間遷移の均一幅を見積もった。

本年度は、昨年度までに作成した光学系を用い、ポンプ光よりもプローブ光が先に到達するいわゆる「負の」時間領域でもポンプ・プローブ分光を行った。その結果、従来の半導体における結果と異なり、ポンプ光とプローブ光の波長が大きく離れている場合にも周波数軸上でコヒーレントな振動が観測された。また、信号の遅延時間依存性より、この系の位相緩和時間が、理論計算から求められている値よりも一桁長い可能性があることを明らかにした。この結果は、サブバンド遷移における電子の緩和が、単なる一電子-フォノン間の相互作用では記述できないことを示唆している。
腫瘍溶解性ウイルスであるレオウイルスによる抗腫瘍免疫活性化機構の解明

2本鎖RNAをゲノムに有するレオウイルスは、腫瘍溶解性ウイルスとして臨床開発が進められている。その抗腫瘍メカニズムとしては、癌細胞特異的なウイルス感染・増殖による殺細胞効果に加え、レオウイルスによって抗腫瘍免疫が活性化されることも報告されているが、未解明な点が多いのが現状である。一方で近年、担癌生体にて骨髄由来免疫抑制細胞(Myeloid-derived suppressor cell; MDSC)と呼ばれる細胞群が増加し、抗腫瘍免疫を強く抑制することが明らかとなってきた。本研究ではレオウイルスを担癌マウスに全身投与することでMDSCの免疫抑制能が低下することを見出し、そのメカニズムについて検討するため、レオウイルスによる自然免疫活性化に重要なIPS-1や、2本鎖RNAを認識するTLR3のノックアウト(KO)マウスを用いて、レオウイルスによるMDSCの免疫抑制能低下におけるこれら自然免疫関連分子の関与について検討した。担癌マウスにレオウイルスを静脈内投与したところ、野生型およびIPS-1KOマウスでは脾臓中MDSCのT細胞増殖抑制能の有意な低下が観察されたのに対し、TLR3KOマウスでは観察されなかった。また、UV照射により不活化したレオウイルスを作用させた野生型マウス由来MDSCを担癌マウスに移入したところ、無処理MDSC移入群と比較して有意に腫瘍の増殖が抑制された。一方で、UV-レオを作用させたTLR3KOマウス由来MDSCでは腫瘍の増殖は抑制されなかった。以上より、担癌マウスにレオウイルスを静脈内投与することで認められたMDSCの免疫抑制能低下は、RIG-IやMDA5ではなくTLR3を介して誘導されていることが示唆され、TLR3シグナルを介したMDSCの免疫抑制能低下が抗腫瘍免疫の活性化を誘導し、レオウイルスによる抗腫瘍効果に大きく貢献している可能性が示された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ヒト骨髄間葉系幹細胞の免疫調節による虚血脳損傷修復機構の解明

ヒト骨髄間葉系幹細胞(hMSCs)は,近年,組織修復能が着目されている。本研究は,hMSCsの組織修復機構を明らかにするために行われた。特に,我々はhMSCsとマクロファージ(MP)と脳内の局在性マクロファージであるマイクログリア(MG)の相互作用に着目した。hMSCsは培養MGとの共培養においてインターフェロンγ刺激により産生される一酸化窒素(NO)合成酵素とNOの産生を細胞数依存的に抑制した。さらに,虚血海馬ホモジネートを培養hMSCsに暴露すると多数のケモカインを含む98遺伝子の上昇を認めた。その中のCCL2の産生は細胞死の誘導に関与する炎症性サイトカインが制御することを示唆した。当該研究者は、ヒト骨髄間葉系幹細胞(hMSCs)が代替経路型マイクログリア(およびマクロファージ)とのコミュニケーションにより脳損傷を抑制することを見出している。このコミュニケーションは、神経損傷後の神経保護のみならず神経修復・再生に対しても大きく寄与している可能性があるが、その本体は全く不明である。そこで当該年度は脳虚血モデルを用い脳内のマイクログリアの神経保護・再生への役割の解明,hMSCsとマイクログリアの作り出す微小環境どのような因子により制御調節されているかを調べた。hMSCsとマイクログリアのコミュニケーションはマウスマイクログリア培養株BV-2を用いIFN-γによる刺激を行いマイクログリアの活性化をhMSCsが修飾できるかを調べた。さらにマウス一過性前脳虚血モデル動物の脳海馬領域を取り出しそれらのホモジネートをhMSCsの培養培地内に暴露し虚血により誘導されてくる脳内の因子がhMSCsの遺伝子発現を変動させるかをヒト遺伝子マイクロアレイチップを用いて網羅的に探索した。IFN-γにより刺激されたBV-2はiNOSの発現およびNOの産生を増加したりgp91などの活性酸素産生に関わるタンパク質の発現を誘導するが,hMSCsとの共培養によりそれらの応答は有意に減少した。この抑制は加熱処理や凍結融解により変性させたhMSCsでは再現できずhMSCsがBV-2を修飾することにより起こる応答であることが分かった。さらに,hMSCsは一般的に継代により分化・増殖能を低下することが知られているがBV-2に対する修飾作用はhMSCsは骨・脂肪細胞への分化能を失っても維持され,hMSCsの分化能と異なる制御機構を持つことが示唆された。一方,脳虚血脳ホモジネートを暴露したhMSCsは虚血をしていない脳のホモジネートを暴露したhMSCsと比べケモカインの発現に大きな違いが認められた。脳虚血後に脳内に移植したヒト骨髄間葉系幹細胞(hMSCs)は神経細胞死抑制作用を持つことを報告してきた。その作用機序を明らかにする目的として移植されたドナーであるhMSCsがどのようにレシピエント組織と相互作用しているのかを調べた。昨年度までに脳内を模倣したex vivoの環境とin vivoに移植したhMSCsが種々のケモカインを産生することを見出した。本年度は,in vitroにおいてヒト骨髄間葉系幹細胞(hMSCs)がどのような刺激によりケモカインCCL2を発現しているかを調べた。前脳虚血は主に終脳領域が脳虚血となるが主に神経細胞死を誘導するのは海馬領域である。このことを利用し,脳虚血後に同一の動物より虚血かつ細胞死を惹起する海馬,虚血にはなるが細胞死を惹起しにくい大脳皮質およびほとんど虚血状態にならない小脳のホモジネートを作成しhMSCsに暴露した。その結果,虚血したマウスより取り出した脳ホモジネートを暴露したhMSCsは虚血していない脳ホモジネートを暴露したマウスと比較し,海馬のホモジネートを暴露した時にのみCCL2産生増大をきたすことが明らかとなった。さらに,虚血に関わる炎症性サイトカインを培地に加えたところIL-1betaとTNFalphaがhMSCsよりCCL2の産生増大をきたした。加えて,IL-1alpha/betaとTNFalphaの遺伝子欠損マウスで同様の研究を行った結果,hMSCsのCCL2産生が抑制された。この結果は脳内に移植したhMSCsは虚血再灌流刺激により産生増大する炎症性サイトカインにより誘導し応答をすることが明らかとなった。神経免疫学当該年度は培養によるマイクログリアとhMSCsの関係およびex vivoによるhMSCsの虚血応答因子の同定および確認をin vivoレベルまでは発展させる予定であったがin vivoの結果が得られなかった。その理由として,本年度より教育に関わるエフォートの増大があり,計画当初に比べ研究にかけるエフォートが取ることができなかったことがある。