hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グルタチオントランスフェラーゼを標的としたイメージングプローブの創製と創薬研究

本研究課題では、細胞内グルタチオントランスフェラーゼ(GST)を高感度検出するためのプローブ開発をすることを目的としている。GSTは、がん細胞で過剰発現していることが報告されている。そのため、細胞内GST活性を検出できるプローブは、投薬診断法や分子イメージング創薬への応用が期待される。そこで、今年度は、細胞内GST検出を可能とする新規19F NMRプローブを開発した。核磁気共鳴画像法(MRI)は、個体深部での観測が可能なことから診断技術のとして有用である。また、19F核は生体内でほとんど存在しないことから、シグナル/バックグラウンド比の高い観測が可能となる。7-アミノ-4-トリフルオロメチルクマリン(AFC)のアミノ基に制御ユニットANs基を導入することで19F MRIプローブを設計した。ANs-AFCは、GST/GSH触媒作用によりANs基が脱離することにより、磁場環境下の19Fの化学シフトが移動する。同時にAFCによる蛍光シグナルも発生することから、二重機能性を有するプローブである。ANs-AFCを用いて19F NMR測定による反応解析を行った。ANs-AFCをGST/GSH溶液中に添加したところ、はじめANs-AFC由来のピークが観測された。時間経過とともに、低磁場側に生成物AFC由来のピークがあらわれた。さらにGSTを発現する大腸菌培養液中にANs-AFCを添加し19 FNMR測定を検討したところ、溶液中と同様にケミカルシフトの移動が観察された。このピークシフトはGSTを発現しない大腸菌では観測されなかった。また、フローサイトメーターを用いて大腸菌内GSTの解析したところ、GST非存在下と比較し、3.2倍の蛍光シグナルを示した。ANs-AFCは、生体内GSTを検出するための19FMRI/蛍光の二重機能性プローブとしての利用が期待される。本年度は、求核剤による芳香族求核置換反応を鍵反応とする新規19FNMRプローブの開発に成功した。本システムは、CF3基をラベルしたアミノクマリンのアミノ基をアセチルニトロベンゼンスルフォニル基で保護したプローブをグルタチオン(GSH)/グルタチオントランスフェラーゼ(GST)触媒作用により、アセチルニトロベンゼンスルフォニル基が除去されることにより、磁場環境下の19Fの化学シフトが移動する。また、プローブはアミノクマリンによる蛍光シグナルも発生することから、二重機能性を有する。GSTを標的とした19FNMRプローブは、これまで報告されておらず、初めての成果である。これまでの成果を基にして、今後は、19FMRIプローブを開発する。19FMRIプローブを用いて、サブセルラーから個体レベルまでのGST検出法の確立を目指す。また、細胞ベースのHTS法を用いた分子イメージング創薬研究を展開する。阻害剤候補となる化合物ライブラリーは、NPDepoから入手する。理化学研究所で保有するGE Healthcare社製In Cell Analyzer 2000を用いて、細胞内GST活性レベルを定量化し、GST機能発現阻害を作用機序とする新たな抗癌剤候補の獲得を検討する。

また、プローブはアミノクマリンによる蛍光シグナルも発生することから、二重機能性を有する。GSTを標的とした19FNMRプローブは、これまで報告されておらず、初めての成果である。これまでの成果を基にして、今後は、19FMRIプローブを開発する。19FMRIプローブを用いて、サブセルラーから個体レベルまでのGST検出法の確立を目指す。また、細胞ベースのHTS法を用いた分子イメージング創薬研究を展開する。阻害剤候補となる化合物ライブラリーは、NPDepoから入手する。理化学研究所で保有するGE Healthcare社製In Cell Analyzer 2000を用いて、細胞内GST活性レベルを定量化し、GST機能発現阻害を作用機序とする新たな抗癌剤候補の獲得を検討する。
チミジンホスホリラーゼ阻害剤に基づくがん内用放射線治療薬剤の開発

チミジンホスホリラーゼ(TP)は多くのがんに高レベルに発現し、がんの血管新生、浸潤、転移と深く関連している。TP阻害剤を細胞殺傷性の放射性同位元素で標識し、その放射線の作用によりがん細胞を破壊する内用放射線治療薬剤の開発を目的とした。本研究ではin vitroで効果を示したTP阻害性ウラシル誘導体の131-I標識合成法が確立された。また、イミダゾリジニルメチルウラシルの部分構造を変換し、TP阻害活性の制御により腫瘍集積性と低肝集積性をあわせもつ放射性ウラシル誘導体が開発可能なことが示唆された。さらに肝集積を抑制し腫瘍集積性を高めるため、体内動態制御型薬剤を設計した。チミジンホスホリラーゼ(TP)は、多くのがんに高レベルに発現し、がんの血管新生、浸潤、転移と深く関連しており、TP阻害剤はがんに特異的に高い集積を示す。そこで、このTP阻害剤を細胞殺傷性の高い放射線を放出する放射性同位元素I-131で標識し、その放射線の作用によりがん細胞を破壊し、がんを治療する。このような内用放射線治療に用いる放射性医薬品の開発を目的として研究を進めている。ウラシルの6位側鎖にイミダゾリジニル基を有し、5位にヨウ素を導入し、強いTP阻害作用を有する化合物IIMUの放射性ヨウ素標識体の体内分布実験を実施した。その結果の詳細な検討から各組織、臓器の線量評価を行い、内用放射線治療に用いる投与量のレベルを推定することができた。また、前年度に引き続き、肝臓などの他組織への集積が少なく、がんへの集積率がより高い分子として、体内動態の改善を目指し、5位にヨウ素、6位にアミノ基やアミド基などを有する種々のウラシル類を設計合成した。それらの化合物のTP阻害活性の測定を実施したが、一例を除き、IIMUに匹敵するTP阻害活性の高い化合物を得ることはできなかった。今回見出されたTP阻害活性の高い化合物について、その標識合成を種々の条件で検討した。しかしながら、反応中間体の不安定性が課題となり、満足すべき結果を得るには至らなかった。今後、当該化合物の標識体を合成し、その担がん動物における動態を評価し、内用放射線治療薬剤としての有用性を明らかにする。がんの内用放射線治療薬剤の開発として、多くの固形腫瘍に高発現し、がんの血管新生、浸潤、転移と関係深いチミジンホスホリラーゼ(TP)を標的とした細胞殺傷性の放射性ヨウ素標識薬剤の開発研究を進めた。TP阻害剤に基づき設計・合成された[131I]5-iodo-6-[(2-iminoimidazolidinyl)methyl]uracil([131I]IIMU)IIMUに関して、前年度の体内分布実験に基づく線量評価から推定された内用放射線治療における投与量を考慮し、A431担がんマウスにおける治療の予備検討を行った。また、引き続き、腫瘍以外の組織への分布がより少なく、強いTP阻害作用を有するウラシル誘導体として、ウラシル6位のメチレン鎖に種々の置換基を有する分子を設計し、その標識合成を検討した。標識化は円滑に進行するものの、成績体の濃縮,精製段階での分解を避けることができず、体内分布実験を実施することはできなかった。一方、より腫瘍集積性の高い薬剤としてがん組織に特有の性質を利用した体内動態化学制御型薬剤の開発を検討した。体内動態が制御されれば腫瘍におけるTPに選択的に結合する内用放射線治療薬剤となることが期待された。標識前駆体の合成は完了したが、ヨウ素標識率、精製方法及び薬剤安定性に問題を残した。このため、本薬剤による体内動態制御の有効性を確認するには至らなかったが、本研究によりTPを標的とした体内動態化学制御型薬剤開発の道筋をつけることができた。そこで、このTP阻害剤を細胞殺傷性の高い放射線を放出する放射性同位元素で標識し、その放射線の作用によりがん細胞を破壊し、がんを治療する、内用放射線治療に用いる放射性医薬品の開発を目的とする。申請者らは、これまでにウラシルの6位側鎖にイミダゾリジニル基を有し、5位にヨウ素を導入した化合物IIMUが強いTP阻害作用を有し、その放射性ヨウ素標識体はTP特異的集積を示すことを明らかにしてきたが、平成23年度には、IIMUを用いる担がんマウスのSPECTにおいて、TP発現腫瘍を明瞭に描出することを示すことができた。

これを治療薬剤とするためには細胞殺傷性の高いI-131の導入が必須となるが、詳細な条件検討の結果、再現性の高い安定したI-131の標識法を確立することができた。IIMUを基にして、6位にアミノ基、水酸基やイミダゾリジニル基、ピロリジニル基など窒素を含む環を有するウラシル類を設計合成し、TP阻害活性の測定やインビトロ実験を実施した。その結果有効性が示唆された化合物について担がん動物における体内動態を調べたところ、がん組織への集積を認めたが、治療薬剤としての有効性を示すには不十分であった。さらに、がんへの集積率がより高い分子の細胞殺傷性ヨウ素標識体を合成し、薬物動態の評価を実施する。TP阻害活性の高い化合物が見出されたことは評価されるが、その放射性ヨウ素標識体合成に至らなかったため、体内動態の評価が遅れていることがその理由である。チミジンホスホリラーゼ(TP)阻害剤を基にウラシル類を設計、合成し、有効性の期待される化合物について、がん細胞殺傷評価や体内動態評価を実施しているが、標識体合成が難しく、評価の実施が遅れた化合物がある一方で、体内動態評価まで進行した化合物もあり、全体としてはほぼ順調に進行している。まず、新規のTP阻害剤について、放射性ヨウ素を導入する方法を詳細に検討し、その標識合成法を確立する。当該化合物に関して、細胞殺傷効果の評価や体内動態評価を行い、内用放射線治療薬としての有用性を明らかにする。TPに特異的な集積が期待されるが標識体合成が難しい化合物について、合成経路の再検討を行うことにより問題を解決する。TP発現培養がん細胞に対する細胞殺傷効果を評価し、効果の認められた放射性化合物をマウスに投与し、体内分布を検討する。これにより、生体内安定性を検討するとともに各組織、臓器の放射線量評価を行い、当該化合物の投与量のレベルを評価する。TP阻害活剤のヨウ素標識体の合成を実施し、薬物動態評価を進めるためには、一般合成試薬やRIを含む薬品類、実験動物、器具などの購入が必要となる。TP阻害活性が強くがんへの集積率がより高い分子のヨウ素標識体の合成を実施し、薬物動態評価を進めるためには、一般合成試薬やRIを含む薬品類、実験動物、器具などの購入が必要となる。
アデノ随伴ウイルスベクターの組織特異性と血友病遺伝子治療における有用性の検討

様々な血清型に由来するAAVベクターの組織特異性に関する検討を行った結果、骨格筋に対しては1型のベクターにCMVプロモーターを用いた場合が、肝臓には8型のベクターにhAATプロモーターを用いるのが最も有効との結論を得た。また、in vivoのベクター投与において問題となる中和抗体検出系に関して検出方法・反応方法などの関連条件を検討することで、検出感度を著明に改善させることができた。骨格筋・肝臓・脂肪組織のそれぞれを標的としたベクター構築を行い、効果及び免疫反応を比較検討した。その結果、骨格筋に対しては1型のベクターにCMVプロモーターを用いた場合が最も良く、肝臓に対しては8型のベクターにhAATプロモーターを用いるのが有効であった。脂肪組織における発現は骨格筋、肝臓に匹敵するレベルには至っておらず、実用化に向けてはより一層の取り組みが必要である。なお、C57BL/6マウスでは、標的組織による免疫応答の違いは明らかでなかった。また、免疫反応に関しては、投与前の中和抗体に関する検討が重要と考えられることから、検出系の感度を向上させるための取り組みを行っている。これまでのところ、検出方法・反応方法などに関する条件を最適化することで、検出感度を大幅に改善させることができた。しかしながら8型,9型などでは未だ充分とはいえず、更に10倍程度の改善が望まれる状況である。これは主に効率よく感染する細胞が見つかっていないことに由来することから、このような細胞株の探索をはじめとする様々な取り組みを行っている。検出感度の改善が一段落したところで、サル及びヒト血清における中和抗体陽性率の測定に着手する予定である。また、AAVのレセプター分子に関する遺伝子改変マウスに関しては、5型のレセプターとして知られるPDGFレセプターに関して、当該分子のトランスジェニックマウスを開発した徳島大学グループとの間で共同研究を進めている。その結果、骨格筋に対しては1型のベクターにCMVプロモーターを用いた場合が最も良く、肝臓に対しては8型のベクターにhAATプロモーターを用いるのが最も有効であった。脂肪組織における発現レベルは骨格筋・肝臓に匹敵するには至っておらず、実用化に向けてはより一層の取り組みが必要と考えられた。また、免疫反応に関しては、in vivoの投与では投与前の中和抗体に関する検討が重要と考えられることから、検出系の感度を向上させるための取り組みを行っている。しかしながら8型、9型などでは未だ充分とはいえないレベルであり、一層の改善が望まれる状況である。検出感度の改善が一段落したところで、サル及びヒト血清における中和抗体陽性率の測定を行い、AAVベクターの有用性に関する検討を進める予定である。また、AAVのレセプター分子に関する遺伝子改変マウスに関しては、5型のレセプターとして知られるPDGFレセプターに関して、当該分子のトランスジェニックマウスを開発した徳島大学グループとの間で共同研究を行った。その結果、トランスジェニックマウスにおける感染効率の向上は明らかではなく、骨格筋にベクターを投与した際には感染経路のうちレセプター以降のステップが律速段階になっていることが示唆された。
弦の場の理論の量子論的解析

あらゆる素粒子と時空を統一的に説明する「弦理論」の有力な定式化のひとつである「弦の場の理論」について、ミクロな世界を支配する法則である「量子力学」にもとづく取り扱い方法を開発した。これによって、様々な量子力学的反応過程の性質を調べたり、近似に頼らない計算法を編み出すための基礎を与えることができた。従来の計算法の問題点を回避する方法も与えた。共変的な弦の場の理論において、非摂動的な解の量子的性質あるいは、量子論的な真空を直接解析することを目的とする。そのためには、(1)できるだけゲージアーティファクトの少ない良質なゲージ固定を見つける。(2)新しいゲージでのファイマン則を決定し摂動振幅の構成することとそのゲージ不変性を示す。(3)その上で、非摂動的な解の構成と量子的性質の解析を行う。(4)真空の波動関数の解析へと繋げて行く。というステップを踏んで研究を進める必要がある。本年度は、弦の場の理論の量子論的性質を解明する手始めとして、摂動振幅のゲージ不変性を主に調べた。特に、共同研究者とともに前年度に見出した新しい共変ゲージの下で、一般のゴースト数を含むヌル状態の物理的振幅からのデカップリングを、トリーおよび1ループで解析し、一般的な性質を見出した。この結果について、一部は学会で発表したが、一般論を含む包括的な内容について現在論文準備中である。前年度に引き続き、浅野雅子氏(大阪府立大)とともに、ボゾン弦の場の理論におけるゲージ固定に関する一般的定式化について研究を行った。特に弦場について線形な最も一般化されたゲージ固定条件のもとで、すべてのゴースト数に渡って無矛盾なゲージ固定の仕方を提案し、伝搬関数等のファイマン則の導出、物理的振幅のゲージ不変性等を示した。このゲージは、我々が以前提唱したaゲージや、米国のグループの解析した線形bゲージも内包し、弦の場の理論で知られている中で最も一般の場合にあたる。今後タキオン凝縮問題における様々な解のゲージ同値性や、超弦の場の理論のゲージ固定問題等に対してアプローチする際の基礎的足掛かりを与えるものと考えている。また、坂本眞人氏(神戸大)、宗博人氏(愛媛大)とともに、格子上の場の理論におけるライプニッツ則について研究を行った。可能な限り一般化された積と差分について、極めて一般的な状況下で、無限フレーバーを導入しない限り、ライプニッツ則が局所性と両立し得ないことを証明した。このことは、超対称性のようにライプニッツ則が重要な役割を果たす対称性について、その実現に大きな制約が課されることを示すと同時に、その解決へ向けて非可換幾何学的実現や行列的表現などの可能性を示唆するなど、大きなインパクトを与えることになる。前年度に引き続き、大阪府立大の浅野雅子氏と共同で、弦の場の理論のゲージ固定の問題に取り組み、弦場に関して線形の形を持つ最も一般の場合(一般線形ゲージ)について解析し、摂動の任意オーダーで散乱振幅についてのゲージ不変性を示した。これは、筆者らが以前に開発したa-gaugeやZwiebachらが解析した線形b-gaugeのほか、Siegel gauge、Schnabl gaugeなどの知られているすべてのゲージをその特殊なケースとして含む、弦の場の理論で現在知られている最も広いクラスの共変ゲージである。また、超対称格子ゲージ理論の定式化に向けて、愛媛大の宗氏、神戸大の坂本氏とともに、格子上のライプニッツ則の一般的性質に関する解析も前年度に引き続き行った。今年度は特に、格子群(結晶群)の表現との関係を詳しく調べ、複素表示したときの正則性と場の理論の意味での局所性とが対応し、SLAC型の非局所差分が正則性を対数的に破ることでライップニッツ則を満たすこと、また逆に正則性を保ったままライプニッツ則を満たすことは有限のフレーバーの下ではできないことを明らかにした。さらに、これを回避するために、無限のフレーバーを導入し、自然に行列変数による場の理論に導かれることを示した。これを用いると、超対称性を持つ模型を構成できることも具体的に示した。これをゲージ系へ拡張することが次の喫緊の課題である。1.弦の場の理論における量子論的な物理自由度や対称性についての解析を浅野氏(大阪府立大)と共同で行っはた。これは長期的に取り組んでいる課題であるが、その第一歩として、我々が以前に開発した一般化されたゲージの内、ランダウ型ゲージの特徴を生かし、光円錐ゲージの自由弦の場の理論との関係を調べ、重要な手掛かりを得た。この解析は現在も進行中であるが、相互作用を含む場合が特に厄介であり継続した取り組みが必要である。2.弦の非摂動的性質を解明するための重要な手掛かりであるAdS/CFT対応のある特別な場合には、非相対論的な共形代数が現れるが、この代数は対数的表現を必要とするためこれまで十分に調べられていなかった。これに対し三輪氏(理研)とともに自由場表現の構成を試み、ほぼ決定版といえるものを得た。

現在最終的な詰めの段階にあり、近いうちに公表できる見込みである。これが完成すれば、他の対数的共形代数についても自由場表現を構成する道が拓けるものと期待している。3.格子上の超対称理論の構成という長年の難題に宗氏(愛媛大)および坂本氏(神戸大)とともに継続して取り組んでいるが、最近明らかにしたライプニッツ則の成立条件についてさらに調べ、どのような方法でNo-Go定理を回避できるかについて詳細を詰めた。特に縮退表現などの例外的場合についても尽くすことに成功しつつある。これについても近いうちに公表準備に取りかかりたい。
NQO1遺伝子の点変異とヒト舌発がん

我々は7系統のラットを用いて4NQO誘発による舌癌発生実験から、Dark-Agouti(DA)ラットは極めて感受性が高く、一方Wistar/Furth(WF)ラットは低感受性であることがわかった(Jap J Cancer Res,1992,1996)。この舌癌モデルを用いたQTL解析より舌癌感受性を示す遺伝子座Tscc1-5(Tongue Squamous cell carcinoma)をマップすることができた(Cancer Res,1998,Jap J Cancer Res,2001)。これらQTL解析領域のLOH解析より高頻度のLOHを見出し、Ha-rasの変異は舌癌の大きさと相関することが示唆できた(Int J.Cancer,2002)またTscc1の候補遺伝子であるNQO1遺伝子のDAラットとWFラットのシークエンスを行った結果、Promotor領域にSNPsを見出している(J Nat1 Cancer I投稿中)。そこで今回、4NQOを4HAQOへ還元する酵素NQO1(Quinone Oxireductase)をコードするNQO1遺伝子の多型性を解析し、ヒト口腔扁平上皮癌感受性との関連に関して検討した。埼玉県立がんセンターとの共同実験により口腔扁平上皮癌患者105例(男54例,女51例:平均年齢59歳),健常者102例(男53例,女49例:平均年齢60歳)の末梢血白血球或いは組織よりDNAを抽出して、NQO1遺伝子に関してダイレクトシークエンス法により、我々はコドン609における点変異(C→T)を見出した。そこでさらにその点変異を含むように設計したPCR-RFLP法を用いて、制限酵素HinfIで処理した。したがって我々は容易に多型性を調べることができるようになったので全検体の検索を行った。その結果、遺伝子多型には野生型(wt/wt)、ヘテロ変異型(wt/vt)およびホモ変異型(vt/vt)が存在し、癌患者の比は42:49:14、健常者は49:42:1であった。よって酵素活性が完全に欠落した(vt/vt)では癌患者の頻度が明らかに高く、(wt/wt)や(wt/vt)に比べて有意であった(P=0.0013,カイ2乗16.3)。以上の結果より、NQO1遺伝子における変異は口腔扁平上皮細胞癌の発症に強く関連していることが考えられた。このことは癌発症のリスクを認識する上で重要であり、この研究に関する論文がOral Med Patholに受理された。今後は、がん患者の症例数を多くし、また舌がんと喫煙との関係が示唆されているのでさらに本研究においてもNQO1点変異の有無の検索ならびに喫煙歴との関連性を検討する予定である。
スピンドルチェックポイントと共役した複製開始制御

細胞周期において遺伝情報は、DNAの正確な複製と均等な分配により維持継承される。Cdt1は、複製開始に必須なライセンス化因子で、S期で分解され、M期になると安定化する。Cdt1のM期安定化機構の一つに、サイクリンA-CDKとの結合を抑制する機構が働くことが分かった。M期にCdt1の一部は、中心体近傍の紡錘体周辺に検出され、Cdt1をノックダウンすると、紡錘体形成が乱れスピンドルチェックポイントが活性化して、M期後期の開始が遅れた。M期にもCdt1が機能して十分量蓄積することにより、次のサイクルのDNA複製のライセンス化を確実に確立するようM期とS期が共役されていると考えられた。細胞周期の過程において遺伝情報が正確に継承されることが、生命の維持に必須である。この過程において基本となるのが染色体の複製と分配である。Cdt1は染色体複製のライセンス化因子として複製の開始に関わる必須因子であるが、一方、Cdt1はM期から安定に存在し始め、染色体分配にも関与することにより、M期とS期を共役する重要な機能を持つと考え研究を行った。1、まず、M期に安定化する機構の解析を行なった。これまでの解析によるCdt1のリン酸化がSCF-Skp2によるユビキチン化を抑制するという結果をもとに、特にサイクリン結合部位に近いセリンのリン酸化に注目した。この部位に対するリン酸化ペプチド抗体の作成を試みた。非同調細胞およびM期に同調した細胞より調製したサンプルを調製してリン酸化ペプチド抗体を用いてウエスタンブロッティングを行なった。M期細胞では顕著な反応が見られたが、G1期のCdt1が多い非同調細胞では反応しなかった。また、この部位をアラニンに置換したCdt1-Aでは、M期でもリン酸化抗体は反応しなかった。しかし、Cdt1-Aを発現させてみたところ不安定にならなかった。この変異は、サイクリン結合を抑制してしまったようである。2、Cdt1をノックダウンしたM期細胞では、スピンドルの異常が観察された。そこで、ノコダゾールでM期に同調後、ウオッシュアウトしてM期進行を調べたところ、Cdt1をノックダウンした細胞では、M期からG1期への移行に遅延が見られた。また、Cdt1ノックアウト細胞でMad2のキネトコア結合が確認された。3、M期の細胞をCdt1抗体で免疫染色したところ、以前の報告に有ったキネトコア染色は見られなかった。我々の抗体は細胞全体を染色したが、スピンドルが存在する近辺がより顕著に染色された。細胞周期の過程において遺伝情報を正確に継承するため、染色体の複製と分配が正確に行なわれる。Cdt1は染色体複製のライセンス化因子として複製の開始に関わる必須因子である。再複製の抑制のためS期開始後分解されるが、M期から再び安定に存在し始め、染色体分配にも関わりM期とS期を共役する重要な機能を持つと考え研究を行っている。1、まず、M期に安定化する機構の解析を進め、S期およびM期に同調した細胞をMG132で処理して、Cdt1およびサイクリンAを十分に蓄積させた条件下での結合を調べた。この条件下でもM期Cdt1は、S期Cdt1より、サイクリンAとの結合が低下していることが認められた。また、SCF-Skp2のターゲットであるp27はM期で分解されるがCdt1は分解されないのは、M期ではサイクリンAの状態がS期とは異なっている可能性があり、FLAGタグを付けたCdt1およびp27を調整し、S期およびM期抽出液と混合してサイクリンAの結合を比較した。サイクリンA結合部位であるCyモチーフ(RxL)周辺のアミノ酸配列は、p27がPsAcRnLfgpVD、Cdt1はPpArRrLrlsVDでよく保存されている。両タンパク質とも、M期抽出液サイクリンAとの結合能が低下し、p27の方がCdt1より結合が強い傾向が見られた。2、M期でのCdt1の機能を明らかにするため、FLAG-Cdt1を精製し、質量分析によりM期Cdt1結合因子を調べている。酵母2ハイブリッドスクリーニングで得られたクローンも含めて、スピンドル形成に関わる因子を候補として、Cdt1との結合を調べた。現在、有意な結合は見られておらず、今後、FLAG-Cdt1を高発現して調べる予定である。3、Cdt1のM期での機能をライブイメージングにより調べるため、GFP-チューブリンを安定に発現するHeLa株およびU2OS株を構築した。M期でCdt1がユビキチンリガーゼSCF-Skp2に認識されず安定化するのは、サイクリン-CDKによる認識に必要なリン酸化を受けないからと考えて研究を進めている。M期にCdt1とサイクリンとの結合が低下しているのは、Cdt1の別の部位のリン酸化が関与しているデータに加えて、M期のサイクリンAは基質との結合が低下することも寄与する新たな結果が得られてきている。また、イメージングにより解析に必要な細胞株の作成も進んでいる。ただし、Cdt1と結合する新規因子の解析には工夫が必要である。細胞周期の過程において遺伝情報を正確に継承するために基本となるのは、染色体の複製と分配が正確に行なわれることである。

再複製の抑制のためS期開始後分解されるが、M期から再び安定に存在し始め、染色体分配にも関わることが示され、M期とS期を共役する重要な機能を持つと考え研究を行った。1. Cdt1がM期に安定化する可能性として、S期およびM期でのCdt1の状態の違い及びサイクリンA-CDKの状態の違いが関連する。前者の関わりを明らかにするため、S期(MG132処理)及びM期細胞よりCdt1-FLAGを調整し、精製サイクリンA-Cdk2(バキュロ細胞より)との結合実験を行なった。抽出液中でのCdt1とサイクリンA-Cdk2の結合がM期細胞抽出液で低下していたと同様に、精製タンパク質でもM期Cdt1との結合が低下することを確認した。2.酵母2ハイブリッドスクリーニングで得られた微小管局在タンパク質TACC3およびKif4A、質量分析で得られたRif1、NuMAタンパク質との結合を調べた。Cdt1-FLAGを一過的に細胞に発現後、免疫沈降したところ、ジェミニンに加えてKif4AおよびTACC3との有意な結合が見られた。また、Cdt1のリン酸化に関わり中心体に局在するPlk1の結合も確認できた。3.市販のCdt1に対する抗体を用いてM期に置ける染色を調べたところ、前中期から中心体とその近傍の紡錘体の染色が見られ、中期さらに後期まで検出された.終期では、Cdt1は核に局在した。よって、Cdt1は、中心体近傍で紡錘体結合タンパク質との相互作用を通してスピンドルの形成に関与すると示唆された。細胞周期において遺伝情報は、DNAの正確な複製と均等な分配により維持継承される。Cdt1は、複製開始に必須なライセンス化因子で、S期で分解され、M期になると安定化する。Cdt1のM期安定化機構の一つに、サイクリンA-CDKとの結合を抑制する機構が働くことが分かった。M期にCdt1の一部は、中心体近傍の紡錘体周辺に検出され、Cdt1をノックダウンすると、紡錘体形成が乱れスピンドルチェックポイントが活性化して、M期後期の開始が遅れた。M期にもCdt1が機能して十分量蓄積することにより、次のサイクルのDNA複製のライセンス化を確実に確立するようM期とS期が共役されていると考えられた。サイクリンA結合部位近傍のセリンをアラニンに置換したが、予想に反してCdt1はM期で不安定にはならなかった。しかし、この部位を含むリン酸化ペプチド抗体を作成したところ、M期特異的にリン酸化が起こることを確認できた。リン酸化ペプチドを用いて、サイクリンAの結合に抑制的に作用するかどうか確認したい。Cdt1がキネトコアに局在してM期に機能するという報告が有ったが、我々の作成した抗体ではそのような検出できず、むしろスピンドル周辺に局在する可能性が示唆された。Cdt1のノックダウンは、スピンドル形成異常を起こすので、Cdt1のM期蓄積が正常なスピンドル形成に関与することで、M期開始と進行を安定に進め次期のDNA複製と上手くカップリングすると捉えることができる。今後の研究を次のように計画する。1、M期のCdt1とサイクリンAとの結合能が低下していることを、これまで抽出液をもとに行なってきたが、さらに他の因子の関与を除くため、抽出液から粗精製したタンパク質を用いて確認する。2、質量分析、あるいは酵母2ハイブリッドスクリーニングで得られたCdt1結合候補因子との結合を調べる。
「雪氷圏地すべり学」の確立に向けて－地すべり活動に積雪が及ぼす力学作用の解明

多雪地帯の山地斜面では、雪解け水の浸透を引き金とする地すべり災害の発生が良く知られている。ところが実際には逆に融雪期に停止したり、雪解けの少ない厳冬期に動いたりする地すべりも数多く存在する。これらから、積雪期の地すべりには融雪以外の要素も深く関わっていると考えられる。本研究では、融雪以外の要素として積雪のせん断抵抗(固さ)や荷重(重さ)などの力学作用に着目し、積雪調査や長期観測によって各要素を数値パラメータ化する。さらにこのパラメータを数値モデルに組み込み解析することで、積雪期における地すべり機構の全容を解明する。
量子カゴメ格子反強磁性体の圧力下測定による量子相転移近傍のスピン液体の研究

量子スピンカゴメ格子反強磁性体の圧力下の帯磁率測定からDzyaloshinski-Moriya (DM)相互作用に対するスピン液体状態の安定性を調べた。ZnCu_3(OH)_6Cl_2, Cu_3V_2O_7(OH)_2・2H_2Oの2つについて圧力下の帯磁率測定を最大圧力7.9Kbar、最低温度1.8Kまでの範囲で行ったが、スピン液体状態からNeel秩序状態への転移は観測されなかった。一方、カゴメ類似格子のCu_2O(SO_4)、古典スピンカゴメ格子のKCr_3(SO_4)_2(OH_6)、基底状態がスピン液体状態と考えられるBi_3Mn_4O_12(NO_3)について、ESRを用いてDM相互作用の大きさを決定した。量子カゴメ反強磁性体の量子相転移近傍のスピン液体状態について調べる目的で、基底状態がスピン液体状態であり量子相転移近傍にあると考えられているHerbertsmithite(ZnCu_3(OH)_6Cl_2)の圧力下の帯磁率測定を行った。測定は、水熱合成された粉末試料に対してSQUID磁束計と専用設計されたクランプ型圧力セルとダフニオイルを用いて静水圧を印加して、室温から最低温度1.8Kまでの温度範囲で行った。圧力はSnの超伝導転移温度の圧力依存性から更正を行い、印加圧力は常圧から最大7.9kbarの範囲で測定を行った。Herbertsmithiteの常圧での帯磁率の温度依存性は、Curie-Weiss則によく沿っており、200K以上の温度領域におけるフィッティングからWeiss温度θ=-300Kと見積もられた。これにより交換相互作用の大きさJ=170Kと見積もられる。一方、圧力下の帯磁率の温度依存性は、常圧によるものと完全に一致し、7.9kbarという高圧下においても結晶構造の変化がなく、格子の歪みによる交換相互作用の不均一などによる基底状態の反強磁性長距離秩序化は観測されなかった。この理由の一つとして結晶構造が強固で、超交換相互作用を生み出しているCu-Cl-Cuのボンディングの角度の変化が微小であると考えられる。また、測定最低温度1.8Kでは基底状態を観測するのには温度が高すぎる可能性も考えられる。今年度の研究で、反強磁性長距離秩序相は温度1.8K、圧力7.9kbarの範囲では存在せず、Herbertsmithiteでは広範囲でスピン液体相が実現していることが明らかになった。今後、より高圧の測定を行うことと、同じくスピン液体状態が基底状態と見られWeiss温度が小さいと見積もられているVolborthite、Vesignieiteについて測定を広げスピン液体-Neel相の量子相転移の検証を行う。量子カゴメ反強磁性体の量子相転移近傍のスピン液体状態について調べる目的で,基底状態がスピン液体状態であり量子相転移近傍にあると考えられているHerbertsmithite(ZnCu_3(OH)_6Cl_2)の圧力下の帯磁率測定を今年も引き続き行っている。昨年度までに,印加圧力が常圧から最大7.9kbarの範囲で測定を行っていた。その範囲では,圧力下の帯磁率の温度依存性は常圧によるものと完全に一致しており,高圧下で結晶構造の変化がなく,結晶の対称性や交換相互作用あるいは臨相互作用の変化が極めて小さいか,あるいは全くないことが測定から得られている。今年度はこれに対応するべく10kbarの高圧セルの準備を行い測定を行ったが顕著な違いを得るには至っていない。今年度のこの研究によってHerbertsmithiteでは反強磁性長距離秩序相は温度1.8K,圧力10kbarの範囲では存在せず,広範囲でスピン液体相が実現していることが明らかになった。そこで,当初の予定していた通りには進まなかったときの研究方針通りに,同じくS=1/2量子カゴメ反強磁性体で,スピン液体状態が基底状態と見られていて,Weiss温度が小さいと見積もられているVolborthite(Cu_3V_2O_7(OH)_2・2H_2O)について測定の範囲を広げて,圧力下の帯磁率測定を行った。Volborthiteの圧力下帯磁率測定では高圧下の低温において大きな変化が出現した。現在これらの結果について追試を行う準備を進めているとともに関係研究者の最新の測定結果と照らし合わせて基底状態について検討している。量子カゴメ反強磁性体の量子相転移近傍のスピン液体状態の安定性について調べる目的で、圧力で結晶構造を歪ませることでDzyaloshinski-Moriya (DM)相互作用を変化させたときに基底状態がどのように変化するかを調べた。

具体的には、S=1/2カゴメ反強磁性体である水熱合成されたVolborthite (Cu3V2O7(OH)2 2H2O)を用いて、SQUID磁束計と専用設計されたクランプ型圧力セルに圧力媒体としてダフニオイルを用いて静水圧を印加して、室温から最低温度1.8Kまでの温度範囲で行った。印加圧力は常圧から最大7.9kBarの範囲で測定を行なった。Volborthiteの圧力下における帯磁率の温度依存性は常圧下の帯磁率の温度依存性によく沿っており、7.9kbarという高圧下においても結晶構造の変化がなく、格子の変形によって引き起こされるDM相互作用のDベクトルの変化による基底状態の変化は見られなかった。この理由として、結晶構造が強固で構造の変化が小さい可能性があることや結晶構造の歪みが等方的で結晶の対称性が変わらずDM相互作用にも変化がない可能性がある。また、計画していた、より高い圧力を発生できるセルの開発は試みたが高圧発生時に内部部品の破壊により期間内には完成できなかった。今回の測定によって、7.9kbarの圧力下においても量子相転移は起きなかったことから、量子相転移近傍のスピン液体状態の安定性の圧力依存性の下限が明らかになった。さらに、スピン液体物質のS=3/2ハニカム格子反強磁性体Bi3Mn4O12 (NO3)やS=3/2カゴメ格子反強磁性体のCrジャロサイトのDM相互作用のDベクトルの決定を行い、これらの系の基底状態とDベクトルとの関係を明らかにした。当初の対象物質であるHerbertsmithiteでは,高精度な帯磁率測定が可能なSQUID磁束計を用いた測定と組み合わせることが可能なクランプピストン型圧力セルで到達できる到達圧力を引き上げながらも量子相転移をおこすことができなかった。これは現在世界最高精度最高圧力の測定であり,圧力下相図の下限を決めることができたことになる。一方相互作用が小さいと見られているVolborthiteの圧力下の帯磁率測定は帯磁率の変化が見られているので,他の測定結果と合わせて解析することにより研究予定年度内に研究目的を達成できる見込みである。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在進めているVolborthiteでは相互作用が小さいので,より低温の測定が必要とされており,現在の測定装置では到達最低温度が不足している問題がある。しかしながら,高圧セルはHerbertsmithiteの測定の際より高圧化することに成功しているので,圧力対温度の関係で量子相転移近傍でのパラメータ変化に対応できるものと考えている。また,最近Volborthiteでは,試料の純良化,微小ながら単結晶の作成に成功しており,より物性パラメーターの決定に有利な状況が生まれつつある。これらを活用すれば研究の飛躍的発展が期待される。
一酸化炭素(CO)曝露による神経細胞死の新機構の解明

一酸化炭素(CO)中毒においては、器質的な遅延性障害として、大脳皮質、基底核および海馬の神経脱落が認められる。CO中毒の機序についてはCO-ヘモグロビン形成による酸素運搬能の低下のほか、CO自身がケミカルメディエーターとして働く可能性も示唆されている。この神経細胞死の詳細な機構解明のために、ヒト神経芽細胞腫SH-SY5Y細胞を神経細胞のモデルとして用い、基礎的な検討を行った。COで飽和させたダルベッコ変法イーグル培地で細胞を培養し、MTT[3-(4,5-dimethylthioazol-2-yl-2,5diphenyl tetrazolium]法により、生存している細胞を定量した。また、培地中に放出される神経伝達物質、グルタミン酸およびドパミンをHPLC法により定量した。CO作用72時間後には、細胞のMTT還元能がコントロール群の57%まで低下した。培地中のグルタミン酸濃度は、時間とともに上昇した。CO作用後24時間までに培地中に放出されたグルタミン酸は、コントロール群に比較して有意に増加したがその程度は小さかった(118%)。一方で、培地中のドパミン濃度は実験開始後10-30分で最大となり、以後時間とともに低下した。CO作用群のドパミン濃度の最大値は、コントロール培地中よりも低く、ドパミンの放出は惹起されなかった。酸素を輸送する必要のない培養細胞においても、COにより細胞死が誘導された。この結果から、COが直接神経細胞に作用して細胞死を誘導することが示された。この機構については更に詳細な検討が必要であるが、グルタミン酸濃度の上昇が関与している可能性が示唆された。一酸化炭素中毒においては、器質的な遅延性障害として、大脳皮質、基底核および海馬の神経脱落が認められる。一酸化炭素中毒は、一過性の虚血に比べ、淡蒼球における壊死が顕著に観察される。この神経細胞死が虚血と同様に低酸素状態によるものか、一酸化炭素特有の機構に基づくものか明らかではない。これまで、ラットの一酸化炭素中毒モデルを用いた検討では、淡蒼球において、作用3時間後に、細胞外のグルタミン酸濃度が上昇することが明らかとなった。この結果から、その濃度上昇機構は単なるエネルギー不足によるグルタミン酸トランスポーターの逆回転とは異なることが示唆された。この神経細胞死の詳細な機構解明のために、ヒトドパミン神経細胞腫SH-SY5Y細胞を用い、基礎的な検討を行った。一酸化炭素で飽和させたダルベッコ変法イーグル培地で細胞を培養し、培地中に放出される神経伝達物質、グルタミン酸およびドパミンをHPLC法により測定した。また、形態学的な観察も行った。一酸化炭素飽和培地中には、コントロール培地中よりも、高い濃度のグルタミン酸が検出されたが、その差は小さかった。一方で、培地中のドパミン濃度はコントロール培地中よりも低く、ドパミンの放出は惹起されなかった。また、一酸化炭素を作用させた細胞において、作用後24時間までは、形態学的変化も観察されず、細胞死は誘導されなかった。しかしながら、これらの結果は、一酸化炭素が神経細胞死のコファクターとして働く可能性を否定するものではない。
海上交通の安全評価システムの国際標準化に関する基礎研究

平成18年度の研究活動実績は、以下のとおりである。本研究課題の目的は、「英国及びトルコにおける海上交通の安全性に関する評価システム」のフィールド調査であった。当面する課題や将来の課題に関するフィールド調査の概要を以下に示す。1)英国におけるフィールド調査活動2)トルコにおける調査活動2006年12月、トルコ、イスタンブール海峡における海上交通管制に関して、航路管制官を対象として、眼球運動測定や心拍計測等のフィールド調査を実施した。3)成果発表上記に関連する成果論文発表は、次の2点である。3.1日本航海学会論文集(平成18年9月、第115号、pp.147-152)また、詳細な調査報告は、神戸大学海事科学部附属国際海事教育研究センター発行の「2006年度海事科学部附属国際海事教育研究センター年報」に掲載する。平成19年度(2007年度)の研究活動実績は、以下のとおりである。本研究課題の目的は、「欧州における海上交通の安全性に関する評価システム」のフィールド調査であった。1)欧州におけるフィールド調査活動2)トルコにおける調査活動AIS(Automatic Identification System:自動船舶識別装置)データの活用に関する国際研究交流を推進するとともに、AISに関連する人的要因の検討を行った。イスタンブール工科大学商船学部(イスタンブール/トルコ)とドクズイェール大学(イズミール/トルコ)を訪問し、AISデータ収集装置の設置とデータ解析の運用に関する協議を行った。上記に関連する活動を含めた成果論文発表タイトルは、次の4点である。2.操船方略の経験による違い/日本航海学会論文集,第117号,199-206、2007また、詳細な調査報告は、神戸大学海事科学部附属国際海事教育研究センター発行の「2007年度海事科学研究科附属国際海事教育研究センター年報[2008年5月発刊予定]」に掲載する。平成20年度(2008年度)の研究活動実積は、以下のとおりである。本研究課題の目的は、「トルコ及びガーナ(アフリカ)における海上交通の安全性に関する評価システム」のフィールド調査であった。また、人的要因の検討が進むIMO(国際海事機関:ロンドン)における討議内容を加えて、フィールド調査の概要を以下に示す。1)トルコにおけるフィールド調査活動2007年(平成19年)1112月にかけて実施したAIS(船舶自動認職システム)の調査に引き続き、第16回IMLA(世界海事教育者会議)での成果発表に併せてフィールド調査を実施した。日本との大きな違いは、首都アンカラでの一元的データ管理と小型船舶(ClassB)への強制装備であった。2)ガーナ(アフリカ)におけるフィールド調査活動Regional Maritime University(RMU)とMaritime Authority(海事庁)を調査した。労働力の供給をアジア(特にフィリピン)に依存している海運業は、今後、アフリカの労働力を求めることが予想される。10年後の船員供給能力がアフリカにあるとするならば、安全運航の基盤である海上交通の安全性を評価する必要がある。IMOが推進する安全航行と海洋環境の保全は、海事庁を調査した結果、ある程度の違成は可能であると判断できた。3)国際海事機関での人的要因調査活動STW(訓練及び海技資格の標準)に関する国際条約の包括的見直し経過を調査した。その結果、新たな国際標準に向けたSTCW条約の動向を探り、安全性にかかる評価システムの構築に指針を得た。上配に関連する活動を含めた成果論文・冊子のタイトルは、次の3点である。
有機固相反応における立体制御

酒石酸から誘導されたキラルなホストは光学分割に有用であるばかりでなく、包接体を使った固相反応を行うことにより不斉合成が達成できる。しかし、ホスト化合物のわずかな構造の違い、つまりシクロアルカン部分が5員環(Host5)か6員環(Host6)かで、反応生成物が異なる例が多数みられる。アクリルアニリドの光環化反応で不斉が逆転するのがその良い例である。これら包接結晶における不斉制御の機構を明らかにするために、包接体およびホスト化合物の構造解析を行った。その結果、Host5とHost6との包接結晶中でゲストであるアクリルアニリドの分子構造が鏡像関係になっていることが明らかになった。重要な点はゲスト分子の骨格中央にC-N-C(=O)-Cのねじれ角が+あるいは-のいずれかに制約されることである。
細胞形態の変化を誘導するシャペロンの作用メカニズム解明と細胞分裂阻害に関する研究

DnaKタンパク質の大量発現・純化は大腸菌を宿主にして行った。純化したDnaKタンパク質は、単量体だけでなく、24量体を形成したものが相当量であり、大腸菌のDnaKが2量体であることと異なった結果が得られた。DnaKタンパク質の機能の一つであるATPase活性は、精製の進行とともに弱くなることから、他のGrpE,DnaJタンパク質との相互作用による活性化が考えられる。2.好熱菌Bacillus thermoglucosidasius KP1006のDnaKタンパク質と相互作用を有するタンパク質の検討DnaKタンパク質と大腸菌のFtsタンパク質のもつ相互作用を、酵母を用いたTwo hybrid systemで検討を続けた。すでに全長を有するDnaKがFtsZタンパク質と相互作用を有する事が検出されており、これを互いに異なるベクタープラスミドに融合させて、相互作用が検出されるかどうかを検討した。予想通りこれらは相互作用を有しており、細胞分裂に大きく関与する相互作用であることが確認された。3.好熱菌B.thermoglucosidasius KP1006の熱ストレスタンパク質の発現調節タンパク質HrcAについてHrcAはCIRCE(controlling inverted repeat of chaperone expression)と結合して下流のシャペロン遺伝子(groE oreron, dnaK operon)を負に調節する。HrcAは可溶化しないことから、真の性質決定ができなかった。そこでhrcA遺伝子にHis-tagをつけ、大腸菌で発現、6M尿素存在下、Ni-affinity chromatographyで精製した。ついで尿素を除去するべく、DNAの共存下で透析し、安定な状態で得ることができた。この際DNAはいかなるDNAでもよいが、CIRCEを含むDNAはより効率よく結合し、HrcAを安定に可溶化する事が確認された。純化したDnaKタンパク質は、単量体だけでなく、24量体を形成したものが相当量あり、大腸菌のDnaKが2量体であることと異なった結果が得られた。また大腸菌のDnaKで言われているADPによる活性化は、本菌由来のDnaKでは観察できなかった。2. DnaKタンパク質と相互作用を有し、細胞形態異常を誘導する遺伝子の検討酵母のtwo hybrid systemにより、大腸菌の細胞分裂に関与するFtsZ、FtsAタンパク質とDnaKタンパク質の相互作用を検討した。DnaK遺伝子の様々な領域をtwo hybrid systemの一方のプラスミドにつなぎ、もう一方のプラスミドに全長のFtsZまたはFtsA遺伝子をつなげ、酵母を形質転換した。DnaK/FtsAではいずれも相互作用は検出できなかったが、DnaK/FtsZでは、全長のDnaKに対してのみ相互作用の存在を確認することが出来た。このことは、特にDnaKタンパク質のN-末端領域とFtsZが相互作用することが示唆された。それから、大腸菌の染色体DNAで作成したライブラリーに対して、DnaKタンパク質と相互作用を持つクローンを選択したところ、2つだけ陽性を示すクローンを得ることが出来た。現在これらのクローンについて、その遺伝子の同定を行っているところである。DnaKタンパク質と大腸菌のFtsZタンパク質のもつ相互作用を、酵母を用いたTwo hybrid systemで検討を続けた。

予想通りこれらは相互作用を有しており、細胞分裂に大きく関与する相互作用であることが確認された。そこで現在、全長のDnaKに対して、FtsZタンパク質の機能領域を決定しようとしているところである。(2)好熱菌B.thermoglucosidasius KP1006の熱ストレスタンパク質の発現調節タンパク質HrcAについてHrcAはCIRCE(controlling inverted repeat of chaperone expression)と結合して下流のシャペロン遺伝子(groE operon,dnaK operon)を負に調節する。HrcAは可溶化しないことから、真の性質決定ができなかった。そこでhrcA遺伝子にHis-tagをつけ、大腸菌で発現、6M尿素存在下、Ni-affinity chromatographyで精製した。つい・で尿素を除去するべく、DNAの共存下で透析し、安定な状態で得ることができた。この際DNAはいかなるDNAでもよいが、CIRCEを含むDNAはより効率よく結合し、HrcAを安定に可溶化する事が確認された。またこのサンプルを用いて熱安定性を調べたところ、熱センサーとして機能する可能性を得ることができた。
腎尿細管の尿酸輸送体の同定と腎性低尿酸血症の遺伝子解析及び高尿酸血症治療薬の開発

私共は、ヒトゲノム概要配列の情報をもとにヒト腎臓における尿酸再吸収機構を司るトランスポーター(URAT1)の分子クローニングに成功し、転写産物が尿酸輸送の機能を持つことを明らかにした(Nature 417(6887):447-452,2002)。また本タンパクに対する抗体を作製し腎臓の尿細管に発現していることも明らかにした。遺伝性腎性低尿酸血症ではURAT1の遺伝子のhomo変異が認められ、URAT1は遺伝性腎性低尿酸血症の原因遺伝子であることを明らかにした。また本トランスポーターは、ポストゲノム時代において現在注目されている創薬ターゲットの一つであることは明らかである。プリン代謝産物である尿酸は、痛風(高尿酸血症)の原因であり、最近は高血庄、心血管疾患の独立した危険因子であることが議論されている。一方尿酸は、その神経保護作用から明らかなように、様々な病気のプロセスに関与する生体内活性酸素種のスカベンジャーである。ヒトは変異性の遺伝子サイレンシングにより肝臓のウリカーゼが進化の過程で欠失している上に、効率的な腎臓の尿酸再吸収システムを有するので、ヒトの血中には他の哺乳類よりも高いレベル(200-500μM)の尿酸が存在する。また血中尿酸値と各種哺乳類の寿命の相関も示され、ヒトがその頂点に位置しているのは興味深い。ヒトの腎臓における尿酸動態を司る分子実体は、多様な尿酸輸送系と種間の差の理解が困難であることから明らかになっていない。ヒトゲノム概要配列を利用して、長い間存在が想定されていたヒト腎臓の尿酸-陰イオン交換輸送体(SLC22Al2によってコードされるURAT1)が最近同定された。URAT1は12回の膜貫通領域をもつ膜タンパクで、同じく腎臓に発現している有機アニオン(薬物)トランスポーター(organic anion transporter : OAT)ファミリーに属する分子である。URAT1は、様々な内因性アニオンと相互作用し、これらのアニオンの生体内あるいは細胞内濃度がURAT1を介して血中尿酸濃度を制御していることが予想される。URAT1は尿酸排泄促進薬(痛風薬)と尿酸再吸収促進薬(尿酸を上昇させる)の標的分子であり、新たな痛風薬の創薬ターゲットを提供する。また特発性腎性低尿酸血症(血中尿酸の異常低下)の患者はSLC22Al2に欠陥がある証拠が得られ、本遺伝子の生物学的重要性が明らかとなった。尿酸トランスポーター(urate transporter 1, URAT1)は、12回膜貫通型の分子で、ヒト腎臓に特異的に発現し、免疫組織学的検査で近位尿細管の管腔側に存在することが明らかになった。Xenopus laevis(アフリカツメガエル)卵母細胞発現系を用いた実験により、URAT1は尿酸を酵素反応速度論に基づく様式で輸送し、そのミカエリス定数は約370μMであった。URAT1は尿酸/アニオン交換輸送体であり、血中尿酸値を変動させる様々な薬物及び内因性アニオンと相互作用する。URAT1の基質選択性は、ヒト腎臓由来の膜小胞を用いた過去の実験結果と一致し、URAT1が腎臓において尿酸再吸収を担う中心的輸送体であることを示唆した。URAT1の尿酸輸送は、probenecid、benzbromaroneなどの高尿酸血症治療薬によって阻害され、これら薬物の尿酸排泄促進のメカニズムに関与する分子であることが明らかとなった。高血圧治療薬であるIosartanは他のアンギオテンシンII受容体拮抗薬には認められない尿酸低下作用を持っているが、Iosartanとその体内代謝物質EXP-3174がURAT1の尿酸輸送を阻害することも明らかとなった。また結核治療薬であるビラジナミドは、その副作用として高尿酸血症が知られているURAT1を発現した卵母細胞に予めビラジナミドの代謝産物(pyrazinecarboxylic acid, PZA)を負荷しておくと、尿酸の取り込みが著明に上昇した。これによりPZAがURAT1における尿酸輸送の交換基質となり、尿酸の再吸収を促進(trans-stimulation)している可能性が示唆された。腎臓の近位尿細管の基底側膜に存在しているヒトOAT1はサイアザイド系利尿薬の取り込みに関与していること、ヒトOAT3はループ利尿薬の取り込みに関与していること、さらにヒトOAT3によって取り込まれたループ利尿薬のブメタニドは近位尿細管の管腔則膜に存在しているヒトOAT4によって尿中に排泄されることを明らかにした。また近位尿細管のS2細胞に発現させたヒトOCT3はキニジン、リドカイン、ジソピラミド、プロカインアミドなどの抗不整脈薬の輸送に関与していることを明らかにした。