hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
液体クロマトグラフィー/質量分析法による先天性代謝異常症の診断に関する研究

1.有機酸代謝異常症が疑われる症例について有機溶媒とウレアーゼ処理法の両抽出法を用いてGC/MSによる有機酸分析を施行した。ウレアーゼ処理ではアミノ酸や糖類、ピリミジンなども同時に検出される利点があるが、感度がやや悪く、多数のピークの重なりが生じることなどで微量の代謝物の検出が困難なことがある。有機溶媒抽出では、抽出時間が長くかかるものの、かなり細かいピークの有機酸も検出できる。一般のスクリーニングではウレアーゼ法を利用するのが簡便で良いが、精査の必要な検体では有機溶媒抽出法による分析を同時に行うべきであると思われた。2.新生児期に高アンモニア血症を呈した男児オルニチントランスカルバミラーゼ(OTC)欠損症例についてGC/MSおよびLC/MSによる有機酸の経時的分析を施行した。病初期においては、著明な高アンモニアにもかかわらず尿中ウラシル・オロット酸の排泄が比較的低値でGC/MSによる診断が困難であった。LCによるピリミジン分析では早期より高値を示し、早期診断に有用であった。有機酸代謝異常症などでは、病日によって代謝物プロフィールが変化することがあり、経時的な分析と、今回のオロット酸のように抽出効率や感度的に問題のある物質の測定にはLCによる分析の併用が必要であることが示唆された。3.先天性奇形症候群とされている疾患の中には代謝異常などをきたす遺伝子異常が発見されてきている。Smith-Lemuli-Opitz症候群ではコレステロール代謝経路に障害があり8-デヒドロコレステロール(8-DC)が高値を示すことがわかっている。GC/MSを用いて、8-DCを含むコレステロール代謝経路の物質の一斉分析法を確立するための予備的実験を行った。今後はさらにLC/MS/MSによる、より特異的な分析法の開発を行っていく予定である。
早産低出生体重児の生活習慣病発症の早期リスク予知に関する検討

早産・低出生体重児では、生活習慣病発症に抑制的な作用をもつアディポネクチンの生後早期の推移が正期産児とは異なっていることが明らかとなった。早産・低出生体重児ではアディポネクチンの活性型である高分子型の割合が修正6カ月までは低値で推移する。予定日までの皮下脂肪蓄積はアディポネクチン分泌増加に寄与しているが、高分子型の割合には影響を与えておらず、将来の疾病リスクとの関係も現在のところ不明である。平成22年7月から本研究対象者のエントリーを開始し、平成23年3月31日まで15名のエントリーが得られた。そのうち、修正40週に達しているものが11名、修正6カ月に達しているものは1名である。現時点では予定よりエントリー数が得られておらず、十分に検討できる数に達していない。そのため、修正40週までのデータが得られた11名を対象に、各パラメータの関連性の傾向を単回帰分析により暫定的に検討した。1.修正40週時点のアディポネクチン(Ad)および高分子量型アディポネクチン(HMW-Ad)は、それぞれ臍帯血中のAdおよびHMW-Adより有意に高値であった。2.臍帯血中AdおよびHMW-Adは修正40週時点のAd、HMW-Adとそれぞれ有意な関連性は認めなかった。3.臍帯血および修正40週時点のレプチン(Lep)と有意な相関を示す項目はなかった。5.出生時の体重が頭囲に対して小さい児は、修正40週時点でのFat-scanによる内臓脂肪断面積および皮下脂肪断面積に対する割合が有意に増加した。6.修正40週までの間に頭囲に対する体重がcatch-upした児では、修正40週時点でのFat-scanによる皮下脂肪面積が有意に増加した。これらの結果は少人数から得られた限定的なものであるので、ここから一定の結論を導くことは困難である。今後、対象人数を増やすとともに、修正12カ月までの縦断的な推移を評価する事により、早産・低出生体重児における将来の生活習慣病発症リスクを生後早期に予知する事が可能かどうか引き続き検討する必要がある。【研究概要】平成22年7月から本研究対象者のエントリーを開始し、平成24年3月31日までに55名のエントリーが得られた。そのうち、修正40週に達しているものが50名、修正6カ月に達しているものは21名、修正12カ月時点に達しているものは6名である。【主な結果】・修正40週時点の総アディポネクチン(T-Ad)、高分子量型アディポネクチン(HMW1-Ad)、MW-AdのT-Adに対する割合(HMW%)は、それぞれ臍帯血中のものよりも有意に高値だった(すべてp<0.001)。・早産児では臍帯血中のT-Ad,HMW-AdおよびHMW%が正期産児より有意に低いが(すぺてp<0.001)、修正40週時点では、T-Adは正期産児より高く(p=0.005)、HMW%は正期産児より有意に低かった(p<0.001)。・重回帰分析において、修正40週時点でのT-Ad、HMW-Ad、HW%は臍帯血T-Ad(p=0.001)、HMW-Ad(p<0.001)、HMW%(p=0.001)とそれぞれ有意な正の相関を示した。また、修正40週時点のT-Ad(p=0.021)およびHMW-Ad(p=0.014)は、その時点の体重SDスコアと有意な正の相関を示した。さらに修正40週時点の皮下脂肪面積はその時点のT-AdまたはHMW-Adと有意な正の相関を示したが(それぞれp<0.001)、内臓脂肪や内臓脂肪/皮下脂肪比とは関連しなかった。・修正6カ月に達した21名での検討では、修正6カ月時点T-AdおよびHMW-Adは正期産児と早産児で同等だが、HMW%は正期産児より早産児で有意に低かった(p<0.001)。以上の結果から、早産児における脂肪組織の発達は正期産児とは異なると考えられ、これが将来の生活習慣病リスクと関連している可能性が示唆された。【研究実績の概要】平成22年7月から本研究対象者のエントリーを開始し、平成25年3月31日までに58名のエントリーが得られた。そのうち修正40週に達しているものが58名(うちFat-scan施行は53名)、現在のところ修正6カ月に達しているものは41名、修正12カ月に達しているものは25名である。【主な結果】・早産児では臍帯血中の総アディポネクチン(T-Ad),、高分子型アディポネクチン(HMW-Ad)

およびHMW-AdのT-Adに対する割合(HMW%)が正期産児より有意に低いが、修正40週時点ではT-Adは正期産児より高く、HMW%は正期産児より有意に低かった。・早産児において予定日までの発育はT-AdおよびHMW-Ad増加に寄与しており、実際予定日にFat-scanで評価した皮下脂肪面積はT-AdおよびHMW-Adレベルと有意な正の相関を示した。一方、HMW%の予定日までの変化はこの時期の体重増加とは無関係に、出生時のHMW%と強い負の相関を示しており、子宮内ですでにある程度決定されている可能性が示唆された。・早産児においても修正6カ月の各アディポネクチン分画の血清レベルは予定日と同等の値が維持されていた。予定日に認められた早産児と正期産児におけるアディポネクチン分画の違いも修正6カ月まで継承されていた。・早産児においても正期産児と同様に修正12カ月には、T-AdおよびHMW-Adの有意な低下が認められた。修正6カ月まで認められたT-AdおよびHMW%の有意差はこの時期には消失したが、低分子型は有意に正期産児より高いままだった。以上の結果から、予定日までの早産児の脂肪組織の発達はアディポネクチン増加に寄与しているが、少なくとも生後早期の脂肪組織の発達の質は正期産児とは異なると考えられ、これが将来の生活習慣病リスクと関連している可能性が示唆された。修正40週時点および修正6ヵ月時点では総アディポネクチンに占めるHMWアディポネクチンの割合が低く、脂肪細胞分化過程が正期産児と異なる可能性が示された。しかしながら、修正12ヵ月に達している症例が6例と少なく、最終年度にさらに症例を集積することとしている。また、当施設では早産低出生体重児に対する栄養法として多くが母乳栄養となっており、乳汁栄養による生活習慣病のリスクを検討することは困難となった。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度である平成24年度は、修正12ヵ月の症例を集積することとなっており、これにより乳児期を通じたアディポサイトカインの推移を正期産児と比較することが可能となる。しかしながら、当施設では早産低出生体重児に対する栄養法として多くが母乳栄養となっており、乳汁栄養による生活習慣病のリスクを検討することは困難な状況である。
ＡＰＰとＡｌｃａｄｅｉｎによる膜小胞輸送制御機構と神経変性疾患

神経系に強く発現するAlcadeinは、Alcα、Alcβ、AlcγからなるI型膜タンパク質ファミリーである。Alcの細胞質ドメインは、キネシン-1モーターの軽鎖(KLC)に結合する短いペプチドWDモチーフを含み、軸索内の順行輸送を受ける。Alcは単なるカーゴ受容体ではなく、キネシン-1モーターを活性化できる分子であることを見いだして来た(EMBO J. [2007] 26, 1475-1486)。近年、キネシンー1などのモーター分子は、Alcの様なカーゴ受容体もしくはモーターとカーゴを繋ぐアダプター分子により活性が制御される報告が出始めたが、その詳細な分子機構は判っていない。今年度、Alcadeinがキネシンー1モーターを活性化する仕組みの解明を目指した。その結果、Alcadein細胞質ドメインのWDモチーフがキネシン-1モーターを活性化する必要十分条件を満たす事を報告した(Traffic [2012] 13 834-848)。また、キネシンー1を活性化するアダプター分子として、JIP1が知られている。JIPキネシンー1とJIP1の相互作用の詳細を解析した。また、異分野共同研究として、輸送小胞の自動追跡・解析法の開発を九大の内田教授と取り組んだ。輸送小胞のトレースは細胞生物学者にとって大変な作業であるが、パターン認識が専門の内田教授と共同で輝点追跡システムを作製している。そのうちの一つに自動カイモグラフ作製アプリケーションがある。これは、これまで手作業で行っていた輝点トレースをシングルムービーから直接に短時間で行えるソフトであり、論文公表後にオープンアクセスアプリとして公開を想定している。24年度が最終年度であるため、記入しない。Alcadeinは、世界で初めてキネシン-1モーターを活性化できるカーゴ受容体として、研究代表者が同定(EMBO. J. [2007]26, 1475-1486)したが、今回、その分子機構を解明し成果を論文に好評した(Traffic in press.)24年度が最終年度であるため、記入しない。異分野共同研究は、互いの知識が不足している面も多くあったが、情報工学の先生(九大、内田教授)の熱意ある共同研究で、班内でも最良の成果を得ていると考えられる。
医薬品開発を指向した海洋産マクロリドの立体化学の解明と分子設計

本研究では、海綿Theonella sp.より分離したマクロリド、テオネゾリドAならびに渦鞭毛藻Amphidinium sp.由来のマクロリド、アンフィジノリド類を対象として、各々に含まれる不斉炭素の立体化学の解明に関する研究を以下の通り行ったテオネゾリドAのC-4C-17フラグメントに関して、昨年度までの研究により、このフラグメントにふくまれる2組の1、3-ジオールはいずれもsyn配置であることがモデル化合物の合成とスペクトルデータにより推定された。本年度はこの結果に基づき、本フラグメントの立体異性体の合成研究を行い、2種のジアステレオマ-(2組の1、3-syn-ジオール同士がsyn配置のもの)の合成を完了した。そのうちの一つが天然物由来フラグメントとそのスペクトルデータ及び比旋光度の値が一致したため、本フラグメントに含まれる4個の不斉炭素の絶対立体配置を8S、10R、14S、16Sと決定した。一方、アンフィジノリドCに関して、昨年度までの研究によりC-1C-9フラグメントの推定される相対立体配置をもつ1つのジアステレオマ-の合成を行った。本年度はアンフィジノリドの化学分解反応を行うために十分な量の天然物を蓄積することを目的に、渦鞭毛藻Amphidinium sp.の大量培養と藻体の抽出物からのマクロリド類の分離・精製を引き続き行った。その過程で、2種の新規マクロリド、アンフィジノリドRとSを単離し、スペクトルデータによりその構造解析を行った。これらは、先に分離したアンフィジノリドJの類縁化合物であったため、化学誘導反応に基づくアンフィジノリドJとの関連づけを行い、その全絶対立体配置を明かにした。当研究室でこれまでに種々の海洋生物から分離したマクロリド化合物には興味深い生物活性を有するものが多いが、その立体化学が解明できているものは限られている。これらマクロリド化合物を医薬品開発のリ-ド化合物としてさらに発展させるには、天然物の立体化学の解明が必須である。本研究では、渦鞭毛藻Amphidinium sp.由来のマクロリド、アンフィジノリド類ならびに海綿Theonella sp.より分離したマクロリド、テオネゾリドAを対象として、各々に含まれる不斉炭素の立体化学の解明に関する研究を以下の通り行った。渦鞭毛藻Amphidiniumsp.の大量培養を行い、藻体の抽出ならびに本研究において立体化学解明の対象とするアンフィジノリドCおよびNの分離・精製を行った。その過程で、2種の新規マクロリド、アンフィジノリドOとPを単離し、スペクトルデータによりその構造解析を行った。とくにこれらに含まれる7個の不斉炭素の立体化学に関して、本科学研究費補助金によって購入した天然物構造解析装置(立体配座探査計算システム)を駆使することにより、各々の相対立体配置を推定した。また、アンフィジノリドCに関して、7,8-アセトナイドを調製し、スペクトルデータに基づきC-1C-9フラグメント周辺の相対立体配置の解析を行い、分解反応における標品として供するために最も可能性の高い1種のジアステレオマ-を光学活性体として合成した。一方、テオネゾリドAのC-4C-17フラグメントに関して、2種のモデル化合物の合成を行い、そのNMRデータの比較から、このフラグメントにふくまれる2組の1,3-ジオールはいずれもsyn配置であることが推定された。この結果に基づき、本フラグメントの可能な立体異性体の合成研究が現在進行中である。当研究室でこれまでに海洋生物から分離したマクロリド化合物には興味深い生物活性を有するものが多いが、その立体化学が解明できているものは限られている。

本研究では、海綿Theonella sp.より分離したテオネゾリドAならびに渦鞭毛藻Amphidinium sp.由来のアンフィジノリド類を対象として,各々に含まれる不斉炭素の立体化学の解明に関する研究を以下の通り行った。テオネゾリドAのC-4C-17フラグメントに関して、昨年度の研究により、このフラグメントにふくまれる2組の1, 3-ジオールはいずれもsyn配置であることが推定された。本年度はこの結果に基づき、本フラグメントの立体異性体のひとつ(2組の1, 3-syn-ジオール同士がsyn配置)の合成を完了した。本異性体は天然物由来フラグメントとそのスペクトルとそのスペクトルデータが一致したが、構造の確実な証明を得るために、現在さらにひとつの可能な異性体(2組の1, 3-syn-ジオール同士がanti配置)の合成を行っている。一方、アンフィジノリドCに関して、昨年度の研究において、C-1C-9フラグメントの推定される相対立体配置をもつジアステレオマ-の合成を行った。本年度は、化学分解反応を行うために十分な量のアンフィジノリドCを蓄積することを目的に、渦鞭毛藻Amphidinium sp.の大量培養を引き続き行い、藻体の抽出物よりマクロリド類の分離・精製を行った。その過程で、1種の新規マクロリド、アンフィジノリドQを単離し、スペクトルデータによりその構造解析を行った。本マクロリドに含まれる5個の不斉炭素の立体化学に関して、NMRデータの詳細な解析および立体配座探査計算システムを駆使することにより、一部の相対立体配置を推定した。本研究では、海綿Theonella sp.より分離したマクロリド、テオネゾリドAならびに過鞭毛藻Amphidinium sp.由来のマクロリド、アンフィジノリド類を対象として、各々に含まれる不斉炭素の立体化学の解明に関する研究を以下の通り行った。テオネゾリドAのC-4C-17フラグメントに関して、昨年度までの研究により、このフラグメントにふくまれる2組の1,3ージオールはいずれもsyn配置であることがモデル化合物の合成とスペクトルデータにより推定された。本年度はこの結果に基づき、本フラグメントの立体異性体の合成研究を行い、2種のジアステレオマ-(2組の1,3ーsyn-ジオール同士がsyn配置のもの)の合成を完了した。そのうちの一つが天然物由来フラグメントとそのスペクトルデータ及び比旋光度の値が一致したため、本フラグメントに含まれる4個の不斉炭素の絶対立体配置を8S,10R,14S,16Sと決定した。一方、アンフィジノリドCに関して、昨年度までの研究により、C-1C-9フラグメントの推定される相対立体配置をもつ1つのジアステレオマ-の合成を行った。本年度はアンフィジノリドCの化学分解反応を行うために十分な量の天然物を蓄積することを目的に、過鞭毛藻Amphidinium sp.の大量培養と藻体の抽出物からのマクロリド類の分離・精製を引き続き行った。その過程で、2種の新規マクロリド、アンフィジノリドRとSを単離し、スペクトルデータによりその構造解析を行った。これらは、先に分離したアンフィジノリドJの類縁化合物であったため、化学誘導反応に基づくアンフィジノリドJとの関連づけを行い、その全絶対立体配置を明かにした。
空間パターン情報の並列処理による蛋白質機能解析

蛋白質の分子表面の形状や物性とその機能の間には密接な関連がある。このため、蛋白質の機能解析において、類似した表面を持つ他蛋白質の構造や機能の参照は極めて重要な役割を果たす。そこで本年度は、蛋白質分子表面を3次元上の空間パターンとしてとらえ、空間パターン間の類似性を高速かつ高精度に評価するための並列計算に適した手法について検討した。本手法は、初期位置合わせフェーズと局所探索フェーズの2つのフェーズから構成される。最初のフェーズでは、分子表面の突起や窪みにおける法線ベクトルを求め、比較対象となる2つの分子表面からそれぞれ2つのベクトル(ベクトルペア)を抽出し、相対位置関係が類似したものだけを位置合わせに用いる。ベクトルペアを基準にして表面を重ね合わせる処理は、各ベクトルペアの組み合わせに対して独立に実行することができる。そこで、この重ね合わせ処理の独立性に着目して並列化を図ることにより、並列度の高い位置合わせを実現した。近傍探索フェーズでは、初期位置合わせフェーズの結果、類似度が高い位置合わせを出発点として近傍を探索し、より厳密に表面全体を重ね合わせる。近傍探索は、微小平行移動と微小回転移動の組み合わせとして得られる702の方向に対して行う。それぞれの方向に対しての探索を1つのジョブとすることにより、並列化を図った。以上の方式を、20CPUから成るPCクラスタ上に実装し、抗体蛋白質のマッチング問題に適用した結果、精度の高い位置合わせが実現された。また、スレーブCPUの増加に応じて、ほぼ線形に性能向上が見られ、高い並列性を有していることが確認された。
多能性幹細胞を用いた骨オルガノイドによるヒト骨代謝のインビトロモデリング

本研究は、ヒト多能性幹細胞を用いて、骨微小環境を三次元的に再現するインビトロ培養系を確立し、ライブイメージングを用いてカップリングにおける細胞動態の可視化・観察を可能にするシステムの開発を目指している。1.ヒト多能性幹細胞(hPSC)からの骨芽細胞/骨細胞・破骨前駆細胞誘導法の確立:申請者らは、definedな条件で多能性幹細胞から骨芽細胞を形成する手法をすでに開発していた。そこで、骨芽細胞特異的に蛍光蛋白質を発現するhPSCを用いることで、蛍光を指標に、hPSCを高効率に成熟骨芽細胞・骨細胞へ誘導する条件の最適化を試みた。hPSC由来破骨前駆細胞の形成に関しては、すでに報告されている複数の方法を検討した。2. hPSC由来骨芽細胞/骨細胞・破骨前駆細胞と三次元担体を用いた三次元骨様組織(骨オルガノイド)の構築による骨微小環境の再現:三次元担体としては、申請者らがすでに報告しているアテロコラーゲンスポンジのほかに、ポリエチレングリコールハイドロゲルユニット(Tetra-PEGゲル)の使用を予定している。そこで、間葉系細胞株および多能性幹細胞由来中胚葉系細胞を用いて、単位ゲル量あたりの播種細胞数の観点でTetra-PEGゲルを用いた三次元培養条件の最適化を行った。本知見をもとに、多能性幹細胞由来の骨芽細胞/骨細胞および破骨前駆細胞の共存培養条件の決定を試みている。3. hPSC由来骨オルガノイドのイメージングによるカップリングの動的解析系の確立:申請者らはマウス胚性幹細胞由来骨芽細胞とマウス骨髄細胞の三次元共存培養系において、骨芽細胞と破骨細胞の動的観察系をすでに開発している。そこで、マウス細胞観察系を用いた基礎検討として、定量的解析法の探索を行った。ヒト多能性幹細胞の分化系、三次元培養系、イメージング系の基礎検討が進行しており、有望な条件が見出されつつあるため。今後も当初計画に従って研究を推進する。具体的には、多能性幹細胞由来骨芽細胞・骨細胞分化系の確立、使用する破骨前駆細胞分化系の決定、それらの三次元共存培養条件の決定、そしてイメージングによる動的解析系の確立に取り組む。
環境中の放射性セシウム１３７の検出と除去を行う新規レセプターの計算化学による設計

Cs+イオンとククルビトリル、カリックスアレーン、スルホランそれぞれとの結合について、これら大環状化合物の結晶構造を用いてDFT計算することにより調査した。ククルビトリルは、二つのCs+イオンと結合することができるカボチャの形の分子である。計算結果は、水和したCs+イオンのククルビトリルへの結合が弱いCs-OH2結合によって好まれることを示していた。カリックスアレーンへのCs+イオンの結合は、対イオンの重要性を示していた。スルホランを用いることの利点は、この分子が常温で液体であることである。さらに、硫酸塩やアンモニウムイオンと結合したCs+イオンを含むクラスターの構造についても研究した。平成25年度は、Cs-137と2つのレセプター分子、すなわち8個のベンゼン環で構成されているカリックスアレーン分子、SO2基を含むスルホラン分子とのそれぞれの相互作用を調べた。その構造解析結果によれば、カリックスアレーンは、単一のCs+イオンを包接するのに適切なサイズの空洞を有する分子である。例えば、Li+及びNa+などの小さいサイズのイオンの場合は、8個のベンゼン環のうちの3個のベンゼン環としか結合していない。したがって、Li+及びNa+の場合は、このカリックスアレーンのマクロサイクルによって選択されているとはいえないことがわかった。一方、より大きなK+とRb+イオンは、マクロサイクルの空洞全体を占有するサイズであり、結合するにはCs+と競合する。計算した結果、Cs+と結合するための結合エネルギーは71.1kcal/molに相当することがわかった。しかしながら、このエネルギーは、対イオンがマクロサイクルの近くに存在するときには変化すると予測される。そこで、3種のアニオンがイオン対の結合に及ぼす効果を調べた。計算の結果、Cs+/Brーイオン対は最も高い結合エネルギーを有するとわかった。スルホランは4.7デバイという大きな双極子モーメントを持っている。そのため、スルホランのSO2部分にイオンが配位して相互作用を持つことが期待される。そこで、異なるスルホラン:M+錯体(M+=Li+からCs+まで)のそれぞれの結合エネルギーを計算した結果、Li+との錯体が最も大きく、Cs+との錯体へと順に減少することが示された。しかしながら、より大きなCs+イオンは、より多くのスルホラン分子と相互作用して錯体を形成する。さらに、セシウム塩の結晶学的データ(単位胞とBraggの法則に関連する面間距離)の研究を行い、Cs+の正確なイオン半径を得、計算した構造の結合半径と比較した。平成24年度では、マクロサイクルであるcucurbiturilとCs-137の相互作用を検討した。cucurbiturilは、カボチャの形をしている大員環である。このマクロサイクルを大量に合成すれば、これを使って、放射性セシウム137と結合させることができる。DFT計算により、Cs+イオンが4つまたは5つのCs-Oの相互作用を形成することにより、大員環を結合することを示している結果が得られた。また、水分子は、Cs+イオンに付いていた。これはcucurbiturilに結合するようアクアイオンCs(H2O)8は、3つまたは4つの水分子を失わなければならないことを意味する。Cucurbiturilと競合する他のアルカリ金属イオンの(Li+、Na+、K+、Rb+)の結合についても、DFT計算で調べた。その結果、Li+が非常に小さいことを示しているが、Cs +と同様に、他の金属イオンもcucurbiturilと結合することができる。他の金属イオン(Li+、Na+、K+、Rb+)と水との結合は、Cs+を使用した場合よりもはるかに強力であるため、Cs+と水の結合から水を除去するのは、他の金属イオン(Li+、Na+、K+、Rb+)と水から水を除去するよりもはるかに簡単である。したがって、これはcucurbiturilとCs+の結合が、他の金属イオン(Li+、Na+、K+、Rb+)との結合よりも好まれていることを意味する。cucurbiturilを使用するもう一つの利点は、cucurbiturilの大環状の上下2か所に結合部位の可能性があることである。よって、このcucurbiturilがこの放射性元素を含む水溶液からセシウムを除去するために使用することができるであろう。そして、大環状化合物の溶解性は、化学修飾することによって改善することができる。

Niimuraら(J. Environ. Radioactivity, 139, 2015, 234-239)による最近の研究では、福島第一原子力発電所によって放出されたセシウム137は、硫酸イオン(SO4,2-)とアンモニアイオン(NH4+)と結合して、土壌中に存在していることが見い出された。得られたその粒状物質は、強酸(H2SO4およびHCl)に可溶で、弱酸(CH3COOH)には可溶ではない。密度汎関数理論(DFT)計算を用いて、硫酸イオンとアンモニアイオンに結合しているCs+イオンで作られたクラスターの構造について調査した。イオン性クラスターおよび中性クラスターの両方について計算した。中性クラスターは、電荷を帯びたクラスターより水に対する溶解度が低いので、より重要である。最も簡単な中性クラスターモデルとして硫酸イオン1個とCs+イオンを2個含んでいるものを用いた。したがって、硫酸イオンN個およびCs+イオン2N個が結合している中性クラスターを得ることができた。もう一つのタイプの中性クラスターは、Cs+イオン1個と硫酸イオン1個とアンモニウムイオン1個との組み合わせから得られた中性のクラスターである。したがって、このタイプの中性クラスターは、Cs+イオンN個、硫酸イオンN個及びアンモニウムイオンN個と結合することによって得られた。したがって、DFTの計算によると、粒状のCs物質が二つのタイプの中性クラスターから生じ得る可能性を示唆している。すなわち、(セシウム2N個)(硫酸イオンN個)と(セシウムN個)(硫酸イオンN個)(アンモニウムイオンN個)のタイプである。後者のグループのクラスターは、硫酸基及びアンモニウム基の間の水素結合によって安定化されている。DFT法で計算したこれらのクラスターの分光学的性質は、実験的に研究されているCsの粒状物質の特性評価に有用であると考えられる。量子化学計算大きな問題がなく、計算が順調に進んだため。大きな問題がなく、計算が順調に進んだため。最近の実験結果(二村ら、J. Environ. Radioact., 2014)によると、Cs+は、硫酸とアンモニアイオンなどの他のイオンとの組み合わせで、土壌中に存在することが示されている。よって今後は、アンモニアや硫酸イオンとCs+との相互作用を研究し、それにより生じるクラスターの構造を調査する。これらのイオンがCs+イオンに配位したとき、水に溶解しない中性な粒子が得られるので、これらの粒子の構造を理解することによって、Cs+イオンを捕獲するレセプターを設計することが可能になる。また、フラン分子に基づいた新しいレセプターでも、酸素原子を介してCs+と結合する能力を持っているかを調査する。今後は、Cs+と結合することができる、異なるマクロサイクルを検討していきます。たとえば、いくつかのマクロサイクルは、イオンが配位することができる小さな空洞を持っています。このような大環状化合物はCs(H2O)8イオンから水分子を全部除去することが必要になります。出発点として、私はケンブリッジ構造データベースに登録されている結晶構造を使用します。他のイオンの競合結合についても検討します。これらの計算より、大環状化合物とCsを結合させるために最も効果的である提案をします。
電子ビームとレーザーアンジュレータ場の相互作用を用いたコヒーレント光源の開発

数値計算により電子ビームとレーザー光により作り出されるレーザーアンジュレータ場との相互作用によりコヒーレント光を発生させるための実験条件を求めた。そして、本コヒーレント光源開発の中でも最も重要な電子ビームのマイクロバンチ化について複数の方法について考察や基礎実験を行い、最終的に金属スリット方式について電磁場計算により実験セットアップの最適化を行った。本年度は、電子ビームとレーザーアンジュレータ場を相互作用させコヒーレント光を発生させる本開発課題の中で最も重要な部分である、電子ビームのマイクロバンチ生成について理論考察を行った。またこれと並行して、マイクロバンチ電子ビーム生成を試験する電子銃システムの構築も行った。コヒーレント光を発生させるためには、電子ビームが発生光の波長間隔またはその整数倍の間隔にマイクロバンチ化させられていることが必要であり、電子銃で発生させたビームに対しレーザー光でエネルギー変調を与え密度変調へと変換する。エネルギー変調を受けるのに必要な電子ビームの初期パラメータの条件を理論考察により明確にし、電子ビームの初期のエネルギー分散の必要条件から熱陰極ではなく光陰極の電子銃を用いる必要があることが分かった。また、マイクロバンチ電子ビーム生成に必要なレーザーパラメータ(ウエストサイズ、パルスエネルギー)などの条件も明らかにした。理論考察では、波長1ミクロンメートルのレーザーを用いる事を仮定し計算を行ったが、集光に関する条件が極めて厳しい事が判明した。この成果は、国際会議(The 2nd Asia Pacific Symposium on Radiation Chemistry)で発表した。電子ビームエネルギー変調については、金属ギャップを用いた方法を取り入れることも検討することとした。一方、理論考察の結果を基にマイクロバンチ生成試験を行うための100kV直流電圧印加型の電子銃システム構築を進めている。電子銃への印可電圧はより高い方が望ましいが、カソードーアノード間の放電などを考慮し本研究では100kVとした。現在、ビーム診断システム等を真空ビームラインに挿入する事を行っており21年度初頭からビーム実験を開始する。本研究は、マイクロバンチ電子ビームと大強度レーザーにより作り出されるレーザーアンジュレータ場の相互作用により、コヒーレント光を発生する事が目的である。今年度は、本研究の中でも重要かつ必要不可欠な開発要素であるマイクロバンチ電子ビーム生成試験実験に向けた、フォトカソード電子銃とフォトカソードおよびビームエネルギー変調に用いるレーザーシステムの立ち上げを行った。理論考察から、空間電荷効果の影響を抑えるために出来るだけ高電圧(>250kV)での電子ビーム引き出しが必要であるが、高圧電源や電子銃の高圧碍子の耐圧などから直流100kV印加型電子銃とした。他方、電子ビーム発生とエネルギー変調には、シード共振周波数が89MHzのNd:YLFモードロックレーザシステムを使用する事とした。本試験実験では、フォトカソードに必要な4倍波のUV光(262nm)とエネルギー変調に用いる基本波のIR光(1047nm)は、同じ種光から生成するシステムとしたので相対的な時間ジッターは無く、安定して電子ビームにエネルギー変調をかける事が可能である。IR光はフラッシュランプ励起アンプを使用する事により、パルスあたり約25mJまで増幅する事に成功した。22年度初めに電子ビーム発生とエネルギー変調の試験を行う。レーザーによる電子ビームエネルギー変調に関してこれまでの考察から、電子ビームの進行方向のバンチ中央部分については空間電荷効果による電子問の斥力とレーザー電場によるエネルギー(密度)変調が、ある特定の条件でバランスできるという事が分かってきた。その他、金属メッシュを用いた電子ビームのエネルギー分析法に関する考察も進めている。マイクロバンチ電子ビーム生成に関する理論的な考察結果をまとめ、Radiation Physics and Chemistryに投稿し2009年受理・発表された。電子ビームとレーザー場の相互作用によりコヒーレント光を発生するためには、電子バンチの時間構造が発生する光の波長と同程度かそれ以下にする必要がある。本研究において、電子ビームのマイクロバンチ化が最も重要かつ必須の研究開発課題である。2009年に発表したRadiat.Phys.Chem.78,1112-1115では、レーザー電場を自由空間でレーザー光の波長以下に絞り、そのレーザー電場の向きと平行に電子バンチを通過させ電子ビームにエネルギー変調を与える手法を提案したが、試験実験からレーザーを波長以下に絞り込む事は困難と判断し、より安定にエネルギー変調をビームに与えるためにレーザー光を波長以下の間隔に設置した金属スリット隙間に照射し、その隙間にエネルギー変調用の電場を生成する方法を採用することにした。本年度はレーザーを金属スリット隙間に照射し電場を生成する手法について、波長が26.3mmのXバンド(11.4GHz)高周波を用いて波長をスケールアップした形で高周波電場生成の実験を行った。まず電磁場計算によりスリット幅がλ/2の場合に隙間間に作り出される高周波電場を求めた。実験では波長に比べ十分小さいダイポールアンテナとループアンテナを使いスリット近傍に作り出された電磁場を測定した。この測定から、スリット近傍にXバンド周波数の高周波電場がほぼ計算と一致する分布で生成できていることが確認できた。

波長スケールは異なるがこの実験によりマイクロバンチ化に必要なエネルギー変調用電場生成が可能であることを明らかにできたことは、マクロバンチ生成およびマイクロバンチ電子ビームとレーザーアンジュレータ場の相互作用によるコヒーレント光発生についての1つの大きなステップである。
薬物代謝酵素の遺伝子変異多型と抗がん剤の薬理反応強度との相関解析

抗がん剤の治療効果や副作用発現には顕著な個人差が認められ、その原因として種々の病態生理学的変動とともに、抗がん剤の解毒代謝を担う酵素の遺伝多型が挙げられる。その結果として、薬物血中濃度が患者間で大きく変動し、薬剤反応性の個人差を引き起こすものと考えられる。そこで本研究では、薬物代謝酵素の遺伝多型と薬物血中濃度を患者毎にモニタリングし、薬理反応強度(副作用および抗腫瘍効果)の個人差を引き起こす要因の解明を進め、よって抗がん剤の個別化投与に応用しうるシステムの開発を目的とする。抗がん剤代謝に関わる薬物代謝酵素CYP3A分子種のうち、遺伝子変異多型の影響が示唆されているCYP3A5を対象として、一塩基変異多型(SNP)の迅速遺伝子診断法を開発した。対立遺伝子特異的増幅法と蛍光プローブ法を組み合わせたTaqMan PCR法に基づいた本法の信頼性は、シークエンス解析によって確認され、日本人95名のアレル頻度分析結果はCYP3A5^*3が0.47であったが、CYP3A5^*6は検出されなかった。抗がん剤TS-1による薬理反応強度の個人差を研究する目的で、TS-1投与後の薬物体内動態と薬効・毒性発現を、Population PK/PD解析手法に基づき解析した。国内で実施された臨床試験の患者97症例に加えて、欧米で実施された臨床試験62症例のデータを解析対象とした。その結果、TS-1の副作用のうち、下痢についてGrade 2以上の症例は、日本人では3症例(3%)のみであったのに対し、欧米人では22症例(35%)と顕著に多かった。ロジステイック解析の結果、民族差、性差、用量が重篤な下痢発現のリスク・ファクターとして挙げられた。すなわち、欧米白人は日本人に比べ、また女性は男性よりも、5-FUによる下痢発現の感受性が高いことが示された。
刑務所の民営化がもたらす刑罰機能の変容と人的民間資源の活用に関する総合的研究

研究は、大別して、海外における民営刑務所についての調査・検討と、日本国内において進行していたPFI刑務所(2005年春以降、4施設が開設またはその準備の状況にあった)についての調査・検討とから構成された。上記の研究代表者、分担者の他に、岡田悦典(南山大学教授)、笹倉香奈(甲南大学専任講師)、萩原聡央(名古屋経済大学専任講師)、前者については、2005年度に、アメリカ合衆国、オーストラリア、イギリス、2006年度に、イギリス、ドイツ、アメリカ合衆国、フランス、2007年度に、フランスにおいて現地における施設参観、関係者に対する面接調査等を行った。また、後者については、2005年度に、市場化テストモデル事業の実施された宮城刑務所、2006年度に、建設中の美祢社会復帰促進センター、2007年度に、開設後の美祢社会復帰促進センター、播磨社会復帰促進センター、を参観したほか、日本におけるPFI刑務所計画を推進してきた法務省担当者、参入企業担当者、施設受入れを決定した自治体関係者に対する面接調査を重ね、また、座談会を開催した。3年間の研究期間中に、30回を超える研究会を実施し、論文22件(内、雑誌における刑務所民営化関連特集掲載6件、関連紹介論文11件、関連単行本収録論文3件)、書籍1件(論文9件、座談会記録1件)、学会報告3件(主催国際シンポジウム1件を含む)の成果をあげた。また、2008年度刑法学会大会における分科会(刑務所への民間参入の意義と課題)での報告が予定されている。本年度の研究の中心は、刑事施設民営化実施国について海外調査を行い、その実像を捉えると同時に、民営化の実施状況を契約の実体から検討すること、また、国内で進行中の刑事施設を対象とするPFI事業および市場化モデル事業の実態を把握し、日本での刑事施設の民営化の特徴を検討することにあった。前者については、山口が7月にアメリカ合衆国において、12月にオーストラリアにおいて、また、徳永、本庄が1月に調査協力者2名(大阪市立大学助教授・三島聡、学術振興会研究員・笹倉香奈)とともにイギリスにおいて、それぞれ民営刑事施設の調査を実施し、その実態を把握すると同時に基礎的資料の収集を行った。また、8月にはアメリカ合衆国ミネソタ州の研究者を招いて「ミネソタ州における過剰収容対策」に関する研究会を実施した。この間、7月に本庄が「2005年の民営化」、8月には山口が「アメリカ合衆国における民営刑務所」と題した報告を行った。後者については、11月には、赤池、徳永、本庄が調査協力者3名(前出の三島、笹倉のほか、山梨学院大学法科大学院教授・福田雅章)とともに市場化テストモデルとなった宮城刑務所を参観・調査した。また、11月、12月には、それぞれ「市場化テストについて」、「市場化テストモデル事業について」と題して研究会を開催した。これらの研究の成果としては、龍谷大学矯正・保護研究センター研究年報において、「刑事施設の民営化をめぐって」と題した特集を企画し、諸外国および国内の実情について整理・検討を行い、また、本共同研究の分析視角を明らかにした。また、山梨学院大学ロージャーナル誌上において、民営化問題の基礎的文献の翻訳・紹介の連載を開始した。このほか、国内の行刑改革・新立法との関係において、当該問題の位置づけと課題に関する検討を行った。本年度は、昨年度から始めた刑事施設民営化実施国についての海外調査を本格的に行い、現地の具体的状況の把握に努めることに努めた。また、これと並行して、美祢市で2007年度早々に開業するPFI刑務所である美祢社会復帰促進センターについての分析を理論的にまとめる作業を行った。前者については、まず、研究協力者である三島聡(大阪市立大学教授)が、2006年10月にイギリスの民営刑務所を訪ね、特に、コミュニティ・プリズン構想との関係を中心に調査を行った。2007年1月には、研究協力者の金尚均(龍谷大学教授)がドイツを訪ね、ドイツにおける民営刑務所構想のパイロット施設を訪ね、その具体的内容についての調査を行った。

2月には、徳永、山口、本庄が、研究協力者の笹倉香奈(日本学術会議)、岡田悦典(南山大学教授)とともに合衆国を訪ね、その民営刑務所、電子監視を用いた刑の執行への民営会社の進出の実情と問題点に関する調査を行った。3月には、赤池が、研究協力者の白取祐司(北海道大学教授)とともに、フランスでの刑事司法にける民官の協力関係についての調査を行った。この間、2006年12月には来日中のフランスのショケ司法省研究部長、土井政和(九州大学教授)を招いて、同様の問題についての研究会を行った。また、前年度から引き続き山梨学院大学ロージャーナルにおいて、民営化問題の基礎的文献の翻訳・紹介を継続的に行っている。後者については、2006年8.月に赤池が美祢社会復帰促進センターの建設現場を訪ね、参入企業に対する聴き取り調査を行ったほか、数度の研究会をもって検討を行った。9月の研究会では、赤池「美祢社会復帰促進センターと総合的検討の可能性」、笹倉「刑務所民営化とアカウンタビリティ・市場テストの研究」、三島「地域社会の刑事施設民営化」、徳永「PFI施設における業績評価のあり方」、本庄「電子タグによる位置情報把握システムについて、刑事施設民営化と刑務作業」の報告を、10月には赤池「刑事施設民営化の日本的特色」、笹倉「刑務所「市場化テスト」の検討」、本庄「PFI施設における警備」、12月には三島「コミュニティとPFI刑務所」の各報告を行い、討論を行った。この他、11月には赤池が民主主義科学者協会法律部会学術総会のミニシンポジュウム「刑事施設の公共性と民間化の法律問題」において報告を行った。これらの成果について、2月の研究会において書物として公刊する企画を立て、現在その作業を行っている。本年度は、昨年度に引き続き、日本で2007年5月に開設されたPFI刑務所である美祢社会復帰促進センターおよび2008年9月に開設が予定されている島根あさひ社会復帰促進センターの両施設について分析を行い、また、これと並行して、やはりこれまで継続してきた刑事施設民営化実施国の状況について、特に、日本での状況との差異を政策動因、施設内容、社会復帰プログラム内容、社会との連携状況等を中心に検討を行い、海外の実務家、研究者を招聰して国際シンポジウムを開催した。まず、日本型PFI刑務所に関する検討としては、数回の研究会の後、7月21日に、日本におけるPFI刑務所計画を推進してきた法務省担当者(中島学、吉野智)、参入企業担当者(歌代正、太田幸充)、受入れ自治体担当者(末岡竜夫、佐々木純)を招いて、共同研究会・座談会を開催した。その意見交換を踏まえて9月12日、13日には、美祢社会復帰促進センターを、また、12月17日には播磨社会復帰促進センターを研究会として参観し、その都度、法務省、企業の各担当者、現場の実務家等と意見交換を行い、それらの成果を『刑務所のゆくえ-日本版PFI刑務所をめぐって』と題する書物にまとめ出版した。
アフィン量子群のレベル・ゼロ表現の結晶基底の代数的サイクルとしての実現

素粒子物理学、弦理論、統計力学等の(数理)物理学の多くの分野において現れる重要な対称性の一つであるアフィン・リー環(の普遍展開環)のq-変形(量子変形)としてアフィン量子群は導入された。このアフィン量子群の線形な作用(表現)についての研究は、素粒子や弦の状態を調べる際に非常に有用である。そこで、我々は、最も基本的なA型アフィン量子群の表現の中で最も普遍的なもの(Verma加群)の基底のq=0での様子(結晶基底)について、凸多面体の言葉で組合せ論的に明示的な記述を与えた。A型アフィン・リー環に付随する量子群(アフィン量子群)のレベル・ゼロ有限次元表現、特に、レベル・ゼロ基本表現とそのテンソル積の結晶基底を、(ダブル)アフィン・グラスマン多様体の中の有限次元部分代数多様体(サイクル)の族として実現する事が、本研究計画の目的である。それには、A型アフィン量子群の下半三角部分の結晶基底であるB(∞)を、代数的サイクルとして実現する必要がある。その為に先ず、有限次元半単純リー環の場合にはその様な代数的サイクルのモーメント写像による像となっているMirkovic-Vilonen多面体の類似物を、A型アフィン・リー環の場合にも構成し、それらによってA型アフィン量子群の下半三角部分の結晶基底B(∞)を実現する。次に、無限次元代数群GLL{∞}に付随するアフィン・グラスマン型の無限次元多様体を考え、この中の代数的サイクルとして、上述のMirkovic-Vilonen多面体の類似物にモーメント写像により移される様なものを構成する。そして、この代数的サイクルを用いて、レベル・ゼロ基本表現やそのテンソル積の結晶基底の実現を与える事を考えている。Gを連結な複素半単純代数群、gをGの(Lanelandsの意味での)双対リー環、bをその(正ルートに対応する)Borel部分環とする。g(に付随する量子群)の優整形式λを最高ウエイトとする既約最高ウエイト加群L(λ)の結晶基底B(λ)の元は、Gに付随するアフィン・グラスマン多様体の中のMirkovic-Vilonen(MV)サイクル(と呼ばれる、有限次元閉部分代数多様体)のモーメント写像による像としてMirkovic-Vilonen(MV)多面体(と呼ばれる、有限個の頂点を持つ凸多面体)として実現される。今、λとμをgの優整形式とすると、結晶基底B(λ)とB(μ)のクリスタルとしてのテンソル積の既約成分への分解に現れる既約成分は全て、gのある優整形式τに対ける結晶基底B(τ)という形をしている。従って、結晶基底B(λ)に属するMV多面体Pと結晶系底B(μ)に属するMV多面体Qのクリスタルとしてのテンソル積は、ある優整形式τに対する結晶基底B(τ)に属するMV多面体Rと同一視する事が出来る。我々は、先ず、BravermanとGaitseoryによる結晶基底のテンソル積のMVサイクルを用いた幾何学的構成を、精密に見直しか。そしてその結果として、上記の状況の下で、さらにPがextremal MV多面体であると仮定すると、MV多面体RはMV多面体PとMV面体QのMinkowski和に(集合として)含まれる事を証明した。さらに、この評価を利用する事により、gのWeyl群Wの多元wに対して定まるL(λ)の部分b-加群であるDemazure加群L_{W}(λ)の結晶基底B_{w}(λ)(これは、Demazure crystalと呼ばれる、B(λ)の部分クリスタルでめる)に属するMV多面体は、ウエイトw(λ)のextremal MV多面体に(集合として)含まれる事を証明する事が出来た。複素半単純リー環gに付随する量子群の下半三角部分U_{q}^{-}(g)の結晶基底であるB(∞)の幾何学的実現として、gをリー環とする連結な複素半単純代数群(のLanglands双対群)に付随するアフィン・グラスマン多様体の中のMirkovic-Vilonen(MV)サイクル(と呼ばれる、有限次元部分代数多様体)によるものが知られている。このMVサイクルのモーメント写像による像として定義されるMV多面体(と呼ばれる、ユークリッド空間内の有限個の頂点を持つ凸多面体)は、edge不等式とtropical Plucker関係式で特徴付けられるある種の非正整数の(整ウエイトの集合により添字付けられる)組であるBerenstein-Zelevinsky(BZ)datumによりパラメトライズされる。実際、このBZ datum全体の成す集合上には(抽象)クリスタルの構造が入り、それによってB(∞)と同型なクリスタルが得られる事が証明されている。

我々は、gが(もはや有限次元半単純リー環ではない)A型アフィン・リー環の場合に、上記のBZ datumの類似物を具体的に構成し、その全体の成す集合上に(抽象)クリスタルの構造が入る事を示した。この為には、先ず、nが自然数の全体を動く時にA_{n}型のBZ datum全体の集合が成す帰納系を考え、その極限集合を取る。それから、この極限集合の元であってさらにある周期性条件を満たすものとして、A型アフィン・リー環の場合のBZ datumの類似物が定まるのである。我々が得た重要な結果の一つとして、このクリスタルのクリスタル・グラフが連結である事が挙げられる。我々はさらに、この連結性を利用して、上述の様にして具体的に構成したクリスタルが、A型アフィン・リー環(のLanglands双対)に付随する量子群の下半三角部分の結晶基底とクリスタルとして同型である事を証明する事が出来た。アフィン・リー環gに付随する量子群(アフィン量子群)U_{q}(g)のレベル・ゼロ(有限次元)基本表現のテンソル積表現の結晶基底は、Lakshmibai-Seshadripathと呼ばれる組合せ論的対象を用いて具体的に記述できる。即ち、このテンソル積表現の"最高ウエイト"であるレベル・ゼロ優整形式をλとするとき、型がλのLakshmibai-Seshadripath達をgのnullrootをmoduloとして同一視する事で得られる集合B(λ)_{cl}には、Littelmannのrootoperatorによって自然なU_{q}(g)-クリスタルの構造が入り、それが上のテンソル積加群の結晶基底の実現を与えている。上で述べた、型がλのLakshmibai-Seshadripathは、gのワイル群であるアフィン・ワイル群W(によるλの軌道Wλ)上の(通常のBruhatorderとは明らかに異なる)ある種の半順序により記述される。しかし、それらをnullrootをmoduloとして同一視する事で得られる集合B(λ)」cl}の内在的な記述を与える"言葉"を、我々はこれまで見つけられずにいた。しかし、最近我々は、アフィン・リー環gの自然な有限次元(単純)部分リー環のワイル群に対して定義されるquantumBruhatgraphを用いて、我々が探していたB(λ)_{cl}の内在的な記述を与える事ができた。このquantumBruhatgraphは、上記の有限次元単純リー環に付随する旗多様体G/Bの量子同変コホモロジー環の積構造を記述するChevalleyの公式を記述する為に導入されたものである。旗多様体G/Bの通常の同変コホモロジー環の積構造は、有限次元単純リー環の既約最高ウエイト表現(の結晶基底)の言葉で記述される事が分かっている。その一方で、旗多様体G/Bの量子同変コホモロジー環の積構造を記述する表現論は、今まで知られていなかった。この様な状況における上記の発見は、量子(同変)コホモロジーの理論への応用が大いに期待されるものである。
COPDにおける新規サイトカインIL-38の病態生理学的意義の解明

申請者らは、C57BL/6バックグラウンドIL-38遺伝子欠損(KO)マウスを作製した。IL-38はリウマチマウスモデルでは、関節の炎症に対して抗炎症性機能を証明した。そこで、エラスターゼ誘導性COPDマウスモデルを用いて、IL-38KOマウスでは気管支肺胞洗浄および気腫性変化を評価した。IL-38KOマウスでは、リンパ球と好酸球を抑制し、肺局所の抗炎症機能を有する可能性が示唆された。IL-38は抗炎症性サイトカインと考えられ、抗炎症作用がなければ野生株に比してKOマウスでは加齢が進むのではないかという仮説をたて、自然経過における肺を含めた各臓器の変化を検討してきた。24週までの経過を評価し、IL-38 KOマウスは野生株のマウスに比べて成長速度(体重の増加)が遅い傾向(p=0.06)を示し、有意に腓腹筋の筋量の低下を認めた(p<0.05)(Fig1)。気腫化に関しては、今後解析ソフトを用いて評価する予定である。現在の結果からは、筋骨格筋に関連する役割を有する可能性があり、再実験を行う予定である。また、PPE気管内投与マウスにリコンビナントIL-38(rIL-38)を腹腔内に投与し、その効果を解析している。今後、再実験及び過発現マウスを用いて本研究を遂行する。さらに、IL-38の免疫染色に関して、IL-38はヒト正常肺胞上皮に発現を認めないが、薬剤性肺炎患者では、増殖した肺胞上皮に強く発現していた。ヒト検体で、IL-38は急性肺障害の器質期から線維化への移行を抑制する可能性がある。このようにIL-38は何らかの抗炎症に関与していることが示唆され、基礎及び臨床検体を用いて、今後の更なる検討を進めていく予定である。1. IL-38ノックアウトマウス(KO)を用いて、気管支肺胞洗浄液や肺組織による気道炎症および肺胞構造変化の観察を行う。C57BL/6マウス由来ES細胞を用いてC57BL/6バックグラウンドのIL-38KOマウスおよび肺特異的IL-38TGマウスの体重や筋肉量や骨量などの全身性変化を経時的に測定を行った。また、7週、16週、24週で肺組織を摘出し、還流固定しHE染色を行った。野生株と比較して体重および筋肉量は有意差なく、気腫化も病理学的に明らかな有意差は認めなかった。今後、気道炎症などの評価を行う予定である。2.エラスターゼ(PPE)誘導性COPDモデルマウスにおけるIL-38の役割の解析を行う。PPE誘導性COPDモデルマウスで起こりうる気道炎症や肺胞構造の変化におけるIL-38の動態を評価を施行中である。PPEを野生株のC57BL/6マウスに気管内投与し、COPDマウスモデルを作製する。PPE投与後21日(慢性炎症)に気管支肺胞洗浄または、マウス肺を摘出しHE染色を施行した。慢性炎症に関しては、PPE投与群と非投与群で明らかな有意差を認めなかったが、急性炎症(投与4日、7日、14日)では気管支肺胞洗浄中の好酸球抑制をみとめた。また、肺組織のRT-PCR PPE投与後IL-38の転写レベルでは、有意にPPT投与群で上昇していた。このように慢性期より急性期で何らかの炎症に関する役割が示唆されており、今後も継続してそのメカニズムの解明を進めていく予定である。野生株のB6マウスにエラスターゼ豚膵臓エラスターゼ(PPE)を気管内投与し、リコンビナントIL-38を毎日腹腔内投与した群と対照群(生食)の気腫病変を比較。また、同様にIL-38KOマウスにおいてもPPE投与群と対照群も比較した。しかし、両群とも気腫化の程度が同等であり、IL-38の気腫化に対する抗炎症効果が弱い可能性がある。呼吸器内科通常量(0.25U)のPPE投与では差がないため、希釈したPPE(0.125U、0.0625U)を用いて、再度同実験を行っている。予想された研究結果が得られず、実験に遅れが出ているため再度実験計画を練り直し、再実験費として使用予定