hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多様体の大域的構造を考慮した非線形制御理論の構築

本研究では、従来の一般的な理論では扱うことのできなかった非ユークリッド空間を含む一般の多様体上の非線形システムを制御する統一的な枠組みを示した。衛星の大域姿勢制御や移動体の障害物回避・鉄棒ロボットなどがそのような問題の例である。そのような対象を安定化するのに必要な不連続性・ロジック・ランダム性などを含む制御則が、本研究の手法によって自動的に設計される。本年度は、次の事項について研究を行った。1.可縮でない多様体を、より単純な多様体で重なりを許して覆うことにより、問題を簡単化する方法について研究した。具体的には、ユークリッド空間で状態空間を被覆可能な条件を明らかにし、その条件のもとでは、拡張された空間上でより単純な制御則が構成可能であることを示した。2.動的補償器を用いた多様体上の制御について研究を行った。具体的には、元の多様体と動的補償器の状態空間からなる、より高次元の直積多様体上で考えて、全ての平衡点が1つの物理的状態に射影されるように、設計する方法を提案した。また、入力の数が多く制御リアプノフ関数の条件を無視できる時に、直積空間上でそのようなモース関数を作る方法について考察した。3.原点以外の平衡点に近づいた場合、あるルールにしたがって、制御リアプノフ関数に摂動を加えることにより、平衡点に停留しないようにする方法を開発した。このルールの下では原点は大域的に漸近安定化することができる。なお、本手法では、従来必要であった制御リアプノフ=モース関数に対する付加的な条件は不要である。4.ある多様体を底空間としてその上にユークリッド空間が張り付くようなファイバー束の上を状態が動く場合に対し、底空間に対して考えられた制御則をバックステッピングする方法を明らかにした。ただし、この場合に得られる制御リアプノフ=モース関数はある条件を満たしていないため、上記3の方法との併用が必要である。1.可縮ではない多様体をユークリッド空間など単純な多様体で被覆し、単純な空間上の滑らかでプロパーな制御リアプノフ関数をもとに、対象とする可縮でない多様体上の制御リアプノフ関数を構成する方法を示した。被覆した空間は元の多様体を底空間とするファイバー束となるとは限らない。よって元の空間はAspherical spaceとは限らない。元の空間上の点に対応する単純な空間上の制御リアプノフ関数の最小値をもって、元の問題における(微分不可能な)制御リアプノフ関数とすることができる。プロパーネス性や半凹性などの性質も受け継がれることが示される。単純な空間の無限遠点に対応する集合が元の空間に現れることを許しているのがキーポイントである。2.微分可能な制御リアプノフ関数が与えられている時に、不連続フィードバックを用いずに、ランダムノイズを意図的に加えることで、不安定平衡点に停留しないようにする方法を開発した。このとき、制御リアプノフ関数は確率制御リアプノフ関数となる。この方法に対しては、次年度にさらに改良する必要がある。3.複数の弱リアプノフ関数からなる入れ子状の構造、すなわちリアプノフ関数フィルトレーションを考え、弱リアプノフ関数から導出される不変集合のうち望ましくないものから脱出させる手法を考察した。4.障害物回避問題に対し、上記の1.に対応する方法を適用し、小型ロボットに実装して実際に動作することを示した。1.前年度示した最小射影法では、可縮ではない多様体をユークリッド空間など単純な多様体で被覆し、単純な空間上の滑らかでプロパーな制御リアプノフ関数をもとに、対象とする可縮でない多様体上の制御リアプノフ関数を構成した。本年度は、この最小射影法における被覆する空間を非連結な場合に拡張した。この場合、元の制御リアプノフ関数は、各連結成分において定義される。この拡張により、被覆と射影関数の設計に自由度が生まれ、より自然な形での設計が可能になった。2.前年度考案したランダムノイズを意図的に加えることで不安定平衡点に停留しないようにする方法をさらに推し進め、ランダムノイズの大きさと本来の制御入力の両方をSontag型制御則の枠組みで統一的に設計する方法を開発した。また、この統一的な見方により、最初に与える弱制御リアプノフ関数の原点以外の臨界点は必ずしもゼロ多様体上になくてもかまわないことが明らかになった。3.3年間を通して開発してきた様々な方法が、2種類に分類可能なことが次第に明らかになった。一つは弱制御リアプノフ関数を用いる方法で、"不安定平衡点における停留"の問題は、別途、不連続制御入力・ランダムノイズの印加・動的補償器の状態のジャンプ・制御リアプノフ関数の摂動などで解消する。もう一つは、微分不可能な強制御リアプノフ関数を用いる方法で、最小射影法はそのひとつである。
射影多様体の定義イデアルのシジジーをめぐる問題の研究

射影多様体の定義イデアルの自由分解、特に、射影多様体の代数的不変量であるCastelnuovo-Mumford regularityについての研究の成果を得ました。代数的閉体K上の射影代数多様体X⊂P^N_KのCastelnuovo-Mumfbrd regularityは、Xの定義方程式の次数やXの定義イデアルの自由分解を制御する不変量で、reg(X)と書きます。射影多様体Xの座標環の中間次元のコホモロジー群による不変量k(X)を用いて、reg(X)【less thanor equal】〓(deg(X)-1)/codim(X)〓+max{k(X)・dim(X),1}が成り立つというすでに得た結果をもとに、この上限を満たす射影多様体を分類する問題を考えました。その第一歩として、射影代数曲線の超平面切断としてできる0次元スキームが、Castelnuovo-Mumford regularityの上限、reg(X)=〓(deg(X)-1)/codim(X)〓+1を満たす場合を分類しました。基礎体の標数0の場合、射影曲線の一般超平面切断で得られた点の配置が一様性を持つという性質を用いて、次数が余次元よりも十分大きいときは、射影的正規な有理曲線に含まれるということがいえることがわかりました。標数が正の場合、その0次元スキームがモノドロミー群との関係により「奇妙な」点の配置になります。その場合に多重可移群の分類を用いて、Castelnuovo-Mumford regularityが通常の場合より、小さくなるいう結果を得ました。そこで、次元についての帰納法により、次数が十分に大きい場合、reg(X)の上限を満たす射影多様体は、算術的Cohen-Macaulay(この場合は最小次数の射影多様体になる)もしくは有理線織曲面上の因子に限るという結果を得ました。さらに、k(X)の代わりに新たな不変量k^^(X)を定義し、Hoa氏とともにreg(X)【less thanor equal】〓(deg(X)-1)/codim(X)〓+max{k^^(X),1}を予想し、有理正規スクロール上の因子については、この上限が年しくしかも等号の成り立つ場合があることを示しました。射影多様体の定義イデアルの自由分解について研究を進めています。特に、射影多様体の代数的不変量であるCastelnuovo-Mumford regularityに焦点を当てて、過去数年に引き続き研究をしています。まず、Edoardo Ballico教授(トレント大学、イタリア)との共同研究をまとめました。基礎体の標数が正の場合の射影代数曲線については、Uniform Position Principleが成り立つとは限りません。そのような射影代数曲線については、そのCastelnuovo-Mumford regularityが余次元、次数に比べて非常に大きくなるという結果です。その応用をして、Castelnuovo-Mumford regularityがある種の上限を満たす射影多様体は、標数が正の場合も、標数が0の場合と同じく、有理線職曲面上の因子に限るという結果をまとめました。これらの結果については、8月に東京大学で行われた代数学シンポジウムにおいて研究発表をしました。

また、2月には、Le Tuan Hoa助教授(ハノイ数学研究所)を招いて、ワークショップと研究打ち合わせを行いました。同助教授とは、5年前に、Castelnuovo-Mumford regularityについて、共同論文を書いており、今回はそのその後の進展について議論するのが目的でした。セミナーにおいても、この話題の最終的な結果の予想などについての見解の一致を確認しました。また、同助教授は、単項式イデアルの場合のCastelnuovo-Mumford regularityについての研究結果をワークショップにて講演されました。それに関連する話題についても引き続き研究を進めて行く予定です。射影多様体の定義イデアルの自由分解について研究を、平成11年度に引き続き、進めました。今年度は、Eisenbud-Goto予想と呼ばれるCastelnuovo-Mumford regularityの上限を、その多様体の次数と余次元で表す問題を、Gruson,Lazarsfeld,Pinkham,Peskineの行った代数曲線、非特異代数曲面での方法、および、Kwakの高次元での方法を、野間淳氏(横浜国大)、原伸生氏(東北大)、佐藤栄一氏(九大)、福間慶明氏(高知大)らとの研究打ち合わせを通じて、一般の場合への拡張を考え、現在も研究を続行しています。これらの方法は、一般次元では大変わかりにくいGeneric Projectionの理論を用いているおり、その部分を代数的にすっきりした方法で解消することに研究の焦点を絞っております。また、この研究を通して、曲面の場合のCastelnuovo-Mumford regularityの上限を満たす場合の分類についてかなり見通しが立つまでに至り、来年度はこの成果を整理して発表する予定です。また、Rosa M.Miro-Roig氏(バルセロナ大、スペイン)との研究打ち合わせのため、カタロニア数学研究所(スペイン)を訪問しました。そこで、ベクトル束に対応するCastelnuovo-Mumford regularityの問題を研究しました。特に、Castelnuovo-Mumford regularityの上限を満たすものが有理線織面上の因子であることについて、リエゾンの理論との関連も含めて研究しました。この結果はバルセロナ大学でのワークショップで発表しました。現在も電子メールなどを用いて、共同研究を継続しています。射影多様体の定義イデアルの自由分解について研究を、平成11年度、平成12年度に引き続き進めました。特に、射影代数曲線の超平面切断としてできるO次元スキームのCastelnuovo-Mumford regularityの上限を次数、余次元で表す問題を研究しました。基礎体の標数が正の場合、そのO次元スキームが、ある種のモノドロミー群との関係により、「奇妙な」点の配置になります。その場合にregularityが通常の場合より、小さい上限を持つという結果を得ました。その結果をを可換環論シンポジウムで研究発表し、論文をまとめています。この問題については、研究打ち合わせのため、Uwe Nagel氏(パーダーボーン大、ドイツ)を琉球大学理学部に招聘し、議論しました。
生活環境要因がもたらすホルモン依存性癌に対するメトキシフラボノイドの予防効果

ヒト乳癌細胞において、メトキシフラボノイドのクリソエリオールは、環境中に広く存在するbenzo[a]pyrene(BaP)が代謝活性化に伴い形成するBPDE-DNA付加体の形成を有意に抑制した。その作用機序として、受容体AhRへのBaPの結合を阻害し代謝酵素CYP1 mRNAの発現を抑制することが明らかとなった。クリソエリオールは、BaP由来の発癌に対し化学予防的に働く可能性が示唆された。(1)メトキシフラボノイドの一つクリソエリオールは、in vitroでのエトキシレゾルフィン-0-脱エチル化(EROD)反応系において、CYPlB1>CYPlA1>CYPlA2の順に酵素活性を阻害した。(2) BaPおよびクリソエリオールにてヒト乳癌細胞MCF-7を48時間処理した後、EROD活性を測定したところ、5, 10μMクリソエリオールは、BaPによるEROD活性を有意に抑制した。(4) BaPおよびクリソエリオールにてMCF-7細胞を24時間処理した後、細胞よりDNAを抽出し、LC/MS/MS分析を実施した。5, 10μMクリソエリオールはBPDE-DNA付加体の形成を有意に抑制した。(1)メトキシフラボノイドの1つクリソエリオールは、BaPの代謝酵素であるCYP1 mRNA発現を抑制することが明らかとなったため、AhRに対するアンタゴニスト作用について検討した。Ahイムノアッセイにより、BaP 0.1μM、クリソエリオール0.110μMにおいて、AhR-BaP複合体の形成は有意に抑制された。また、S. cerevisiae YCM3株を用い、BaPとクリソエリオール添加15時間後のβ-グルコシダーゼ活性を測定したところ、BaP 1μM、クリソエリオール100μMで活性の抑制が認められた。(2)BaPおよびクリソエリオールにMCF-7細胞を24時間処理した後、細胞よりDNAを抽出し、LC-MS/MS分析を実施した。10μMクリソエリオールはBPDE-DNA付加体の形成を有意に抑制した。中でも最も主要な付加体である(+)-tans-BPDE-dGの形成を強く抑制することが明らかとなった。以上のことから、クリソエリオールはBaPのAhRへの結合を阻害することにより、BPDE-DNA付加体の形成を抑制することが明らかとなった。
磁性流体振動流試験装置

磁性流体を用いたダンパーやアクチュエータの開発のための基礎資料の提供を目的として,非一様磁場下での磁性流体の管内振動流の流動特性を解明するための試験装置を試作し,その流動特性を明らかにした.まず非一様磁場下で変動圧力勾配の作用する磁性流体の管内脈動流について理論的研究を行い,磁場作用下では変動速度の大きさは抑制され,また,変動圧力勾配に対する変動速度の位相遅れも小さくなることを明らかにした.ついで,水ベース磁性流体(重量濃度20%)を用い,外部に設けた加振器により管内振動流を誘起させ,周波数f=5100Hzの範囲で最大磁場強さHmax=150kA/mの非一様磁場分布下の流動特性を実験的に求めた.磁場の作用下での圧力勾配の増加はShliomisの基礎式に基づく理論解析結果に比べてはるかに大きく,水ベース磁性流体の円管内定常流の場合の異常な圧力損失の増大と同様,見かけ粘度の増加以外に流動抵抗を増加させるメカニズムが働いていることを明らかにした.アクチュエータへの応用の基礎研究としては,加振装置を取り外し,交流磁場の印加により磁性流体の管内プラグに変動磁気力を作用させられるように装置の改造を行い,管内プラグの振動特性を周波数f=020Hzの範囲で求めることにより,管内プラグの共振特性ならびに位相遅れ特性を明らかにした.さらに,共振状態での最大振幅は直管の場合プラグ長さと共に直線的に増大すること,また直管の代わりにU字管を用いることにより,プラグの振動を有効に利用できることを示した.磁性流体を用いたダンパーやアクチュエータの開発のための基礎資料の提供を目的として,非一様磁場下での磁性流体の管内振動流の流動特性を解明するための試験装置を試作し,その流動特性を明らかにした.まず非一様磁場下で変動圧力勾配の作用する磁性流体の管内脈動流について理論的研究を行い,磁場作用下では変動速度の大きさは抑制され,また,変動圧力勾配に対する変動速度の位相遅れも小さくなることを明らかにした.ついで,水ベース磁性流体(重量濃度20%)を用い,外部に設けた加振器により管内振動流を誘起させ,周波数f=5100Hzの範囲で最大磁場強さHmax=150kA/mの非一様磁場分布下の流動特性を実験的に求めた.磁場の作用下での圧力勾配の増加はShliomisの基礎式に基づく理論解析結果に比べてはるかに大きく,水ベース磁性流体の円管内定常流の場合の異常な圧力損失の増大と同様,見かけ粘度の増加以外に流動抵抗を増加させるメカニズムが働いていることを明らかにした.アクチュエータへの応用の基礎研究としては,加振装置を取り外し,交流磁場の印加により磁性流体の管内プラグに変動磁気力を作用させられるように装置の改造を行い,管内プラグの振動特性を周波数f=020Hzの範囲で求めることにより,管内プラグの共振特性ならびに位相遅れ特性を明らかにした.さらに,共振状態での最大振幅は直管の場合プラグ長さと共に直線的に増大すること,また直管の代わりにU字管を用いることにより,プラグの振動を有効に利用できることを示した.本年度は外部に加振装置を設けて非一様磁場の作用する管内振動流の流動特性を求める試験装置を設計・試作した。試作した装置の管路は内径10mm絞り部は5mmとし、周波数で発生可能な振動流は、5100Hz、変位の振幅は周波数によって異なるが最大で約3×【10^(-4)】mである。また、非一様磁場分布は4つの磁極を持つ電磁石によって発生させるが、磁極への供給電流の方向と大きさを変えることにより磁場分布と磁場の強さを変えることができるように設計されており、供給電流が20Aで最大約150KA/mのピークをもつ磁場分布が得られる。この装置を用いて、作動流体として水ベース磁性流体を用いたこれまでの測定結果から、磁場の作用に基づく圧力損失の増加はShliomisの方程式を用いた解析から得られた結果に比べてはるかに大きく、円管内を流れる水ベース磁性流体の非一様磁場下での異常な圧力損失の増大と同様、見かけ粘度の増加以外のメカニズムが働いていることが明らかにされた。また、実験測定に先立ち磁性流体の管内非定常流動特性を明らかにするための基礎研究として、非一様磁場下で変動圧力勾配の作用する磁性流体の管内脈動流について理論的研究を行い、磁場の作用下では変動速度の大きさは抑制され、また、変動圧力勾配に対する変動速度の位相遅れも小さくなることを明らかにした。
ナノ積層イオン伝導体を用いた熱電変換モジュールの発電特性

本研究では,絶縁層と導電層がナノ積層した結晶構造をもち,かつ電子よりも重いキャリアであるイオンをキャリアとするナノ積層イオン伝導体の熱電材料としての可能性を探る.これの実現のため, Aurivillius相(Bi層状酸化物)に着目し,結晶育成方法を検討し,結晶育成容器の検討,横型温度勾配凝固法による結晶育成条件検討および育成結晶の配向性を評価した.本年度は酸素イオン伝導体として知られるAurivillius相Bi2VO5.5の結晶を育成した.まず,結晶育成容器とBi2VO5.5の反応性を検討するためにマッフル炉を用いて各容器に入れた原料粉末を加熱し,溶融した.冷却後,生成物を観察し,酸化物と容器との反応性を評価した.その結果,Bi2VO5.5は石英ガラス,Zr,BNとの反応生成物が確認され,Pt容器との反応は認められなかった.これ以降はPtるつぼやPtボートを用いてBi2VO5.5の育成を行うこととした.つぎに,粗大な結晶粒を有するBi2VO5.5の結晶育成をねらい,既存の横型6分割電気炉を用いて,温度勾配凝固法で結晶を育成した.温度勾配は1 K/mmまたは2 K/mmとし,冷却速度は1K/hまたは1K/minとして結晶を育成した.Bi2VO5.5は温度勾配方向に心情に結晶が成長しやすいことが明らかとなった.そのため,温度勾配が小さく,かつ冷却速度が速い場合,針状結晶の寄り集まっている様子が確認され,結晶粒間に空隙も見られた.一方で温度勾配が大きく,冷却速度が遅い場合は針状ではなく粗大な結晶粒となった.この結晶について交流インピーダンス法により電気伝導性を確認したところ,温度勾配方法には伝導性を有していたが,温度勾配と垂直な方向は900Kにおいても絶縁的であった.このことから非常に高い配向性を有する結晶が得られたことが確認された.当初の予定ではタンマン法(温度勾配凝固法)で結晶を育成する予定であった.しかし,得られた結晶では熱電特性の異方性を測定できるほど十分な厚さを得ることができなかった.熱電特性を評価するには熱電能,電気抵抗率,熱伝導率を測定する必要があるが,とくに熱伝導率は外径10mmの円盤状に試料を加工する必要があり,温度勾配凝固法で得られた結晶ではその大きさに加工することができなかった.そこで,予定を変更し,垂直ブリッジマン炉を開発する.一般的な熱電材料では原料をガラスアンプルに封入し,このアンプルを炉内に設置し,徐々に降下させるブリッジマン・ストックバーガー炉が用いられるが,本年度の成果で得られたようにガラスとBi2VO5.5は反応してしまう.そのため,Ptるつぼを炉内に設置し,電気炉自体が徐々に上昇するブリッジマン炉を用いることとした.予算措置および構想設計の関係で研究初年度にブリッジマン炉は完成させることができなかったため,可及的速やかに研究2年目に結晶育成炉を完成させる予定である.熱電特性の異方性を測定することができる程度の粗大な結晶粒を得るための垂直ブリッジマン炉を早急に製作する.溶融したBi2O3は高温大気中で加熱すると還元することが知られている.Aurivillius相Bi2VO5.5の合成のため,原料であるBi2O3およびV2O5を加熱する際に還元し,酸素欠損量にばらつきのある結晶が育成される恐れがある.そこで,雰囲気を制御するために石英等でブリッジマン炉内に設置するチャンバーを製作する.この炉を用いてAurivillius相Bi2VO5.5の結晶を育成し,育成条件をまず確立する.次に研究計画に沿って元素置換試料を作製し,熱電特性に対する元素置換の影響を精査する.本研究では,絶縁層と導電層がナノ積層した結晶構造をもち,かつ電子よりも重いキャリアであるイオンをキャリアとするナノ積層イオン伝導体の熱電材料としての可能性を探る.これの実現のため, Aurivillius相(Bi層状酸化物)に着目し,結晶育成方法を検討し,結晶育成容器の検討,横型温度勾配凝固法による結晶育成条件検討および育成結晶の配向性を評価した.本年度は酸素イオン伝導体として知られるAurivillius相Bi2VO5.5の結晶を育成した.まず,結晶育成容器とBi2VO5.5の反応性を検討するためにマッフル炉を用いて各容器に入れた原料粉末を加熱し,溶融した.冷却後,生成物を観察し,酸化物と容器との反応性を評価した.その結果,Bi2VO5.5は石英ガラス,Zr,BNとの反応生成物が確認され,Pt容器との反応は認められなかった.これ以降はPtるつぼやPtボートを用いてBi2VO5.5の育成を行うこととした.つぎに,粗大な結晶粒を有するBi2VO5.5の結晶育成をねらい,既存の横型6分割電気炉を用いて,温度勾配凝固法で結晶を育成した.温度勾配は1 K/mmまたは2 K/mmとし,冷却速度は1K/hまたは1K/minとして結晶を育成した.Bi2VO5.5は温度勾配方向に心情に結晶が成長しやすいことが明らかとなった.そのため,温度勾配が小さく,かつ冷却速度が速い場合,針状結晶の寄り集まっている様子が確認され,結晶粒間に空隙も見られた.一方で温度勾配が大きく,冷却速度が遅い場合は針状ではなく粗大な結晶粒となった.

この結晶について交流インピーダンス法により電気伝導性を確認したところ,温度勾配方法には伝導性を有していたが,温度勾配と垂直な方向は900Kにおいても絶縁的であった.このことから非常に高い配向性を有する結晶が得られたことが確認された.当初の予定ではタンマン法(温度勾配凝固法)で結晶を育成する予定であった.しかし,得られた結晶では熱電特性の異方性を測定できるほど十分な厚さを得ることができなかった.熱電特性を評価するには熱電能,電気抵抗率,熱伝導率を測定する必要があるが,とくに熱伝導率は外径10mmの円盤状に試料を加工する必要があり,温度勾配凝固法で得られた結晶ではその大きさに加工することができなかった.そこで,予定を変更し,垂直ブリッジマン炉を開発する.一般的な熱電材料では原料をガラスアンプルに封入し,このアンプルを炉内に設置し,徐々に降下させるブリッジマン・ストックバーガー炉が用いられるが,本年度の成果で得られたようにガラスとBi2VO5.5は反応してしまう.そのため,Ptるつぼを炉内に設置し,電気炉自体が徐々に上昇するブリッジマン炉を用いることとした.予算措置および構想設計の関係で研究初年度にブリッジマン炉は完成させることができなかったため,可及的速やかに研究2年目に結晶育成炉を完成させる予定である.熱電特性の異方性を測定することができる程度の粗大な結晶粒を得るための垂直ブリッジマン炉を早急に製作する.溶融したBi2O3は高温大気中で加熱すると還元することが知られている.Aurivillius相Bi2VO5.5の合成のため,原料であるBi2O3およびV2O5を加熱する際に還元し,酸素欠損量にばらつきのある結晶が育成される恐れがある.そこで,雰囲気を制御するために石英等でブリッジマン炉内に設置するチャンバーを製作する.この炉を用いてAurivillius相Bi2VO5.5の結晶を育成し,育成条件をまず確立する.次に研究計画に沿って元素置換試料を作製し,熱電特性に対する元素置換の影響を精査する.当初予定していた温度勾配凝固法で得られた結晶では十分な大きさの結晶が得られなかったため,予定を変更し,垂直ブリッジマン炉を製作することとした.しかし,実験結果の得られた時期が遅く,ブリッジマン炉の設計および納期が年度内に完了できないことが判明したため,学内の予算使用ルールに従い,次の年度にブリッジマン炉を製作することになった.このため,翌年度分として請求した助成金と合わせ,設備を導入することになった.
広範囲時系列環境変動分析に向けた極微量多元素同時分離技術の開発

樹木年輪試料の極微量元素の濃度および同位体組成変動から長期間の時系列環境変動の記録を読み解く道具として、プルトニウム、ウラン、トリウム、鉛、希土類元素の極微量化学分離から分析まで一連の技術を確立することを目的とした。プルトニウム分離のための溶離液組成を最適化した結果、所要時間6.3時間、回収率93%以上で目的元素を逐次的に全自動で完全分離することができた。松の年輪試料を灰化・分解処理して、開発した全自動逐次分離システムで元素分離を行った後、元素濃度および同位体比を測定した。その結果、ウラン濃度0.09ng/g鉛濃度0.21μg/gの範囲を簡単・迅速に分析することが可能となった。本研究では、樹木年輪試料の極微量元素の濃度および同位体組成変動から長期間の時系列環境変動の記録を読み解く道具として、プルトニウムを含む元素の極微量化学分離から分析まで一連の技術を確立することを目的とする。環境変動により量や同位体比が変わりやすいプルトニウム、ウラン、トリウム、鉛、希土類元素を分離分析対象元素とし、これまでの研究によって開発した逐次分離法を更に発展させ、プルトニウムを含む多元素同時分離技術を開発し、実試料を分析して開発した技術の実用性を評価するまでを目標とする。本年度(25年度)は、研究計画に基づき、プルトニウムを含めた目的元素が高回収率で相互によく分離できる溶離液組成などの化学分離の最適条件を確立した。10pgのPu-242を含むスパイク溶液を用い、既存の分離法でプルトニウムの溶離挙動を調べた。プルトニウムは希土類元素の溶離までカラム上に保持され、トリウムの溶離液を流すとトリウムが溶出した後にプルトニウムが溶出した。このように溶離液量を調節することでプルトニウムを含めた目的元素の逐次分離が達成できた。さらにプルトニウムをトリウムとは異なる溶離液で分離することも考慮して、スパイク溶液を使ってプルトニウム分離に最適な溶離液組成の検討も引き続き行うこととした。分離した個々の目的元素を捕集するため、フラクションコレクタを購入し、システムを制御するためのソフトウェアの改造や、システムとフラクションコレクタを接続するためのインターフェースボードの作成を行い、正常に動作することを確認した。これらの検討した研究成果は第15回「環境放射能」研究会で発表し、研究者に広く公開した。本年度(26年度)は、研究計画に基づき、年輪試料を試験的に分離、分析して精度や感度から時系列変動が観測できるか性能評価を行った。これに先立ち、プルトニウムのスパイク溶液を使ってプルトニウム分離に最適な溶離液組成の検討を昨年度に引き続き行った。トリウム分離の溶離液の塩酸成分を引き上げることでプルトニウムの溶出を抑えることに成功し、プルトニウムを含めた極微量多元素同時分離技術を開発する目的が達成できた。試験的な分析を行うため、1020年毎の年輪で分割した環境試料を構築した全自動化学分離システムで化学分離した。分離試料の元素濃度や同位体比をICP-MSおよびTIMSで分析を行い、分離度が高いこと、外部環境からの汚染混入が少ないことを確認した。プルトニウムの分析に関しては誤差が大きいため、分析条件などの検討が必要であることが分かった。これらの検討した研究成果は、RadChem 2014、第58回放射化学討論会ならびに第16回「環境放射能」研究会で発表し、研究者に広く公開した。本年度(27年度)は、研究計画に基づき25年毎に細かく分割した年輪試料を灰化・酸分解処理により溶液試料とした後、開発した技術で目的元素を逐次分離した。得られた試料の定量・同位体測定は既存のICP-MSとTIMSで行うとともに、ウィーン大学に試料を送付して加速器質量分析装置でも極微量分析を行った。得られた測定結果から目的元素の分離度が高く、外界からの汚染混入を非常に少なく抑えて分析できることが確認でき、本研究で開発した極微量化学分離技術は環境試料の分析に実用的であることが分かった。開発した多元素逐次全自動化学分離技術の特徴および有効性、環境試料分析への応用について得られた結果をとりまとめ、「第59回放射化学討論会」ならびに「第11回生命科学における放射化学的な分析手法を用いた研究に関する学会(NAMLS-11)」で発表した。

研究期間全体を通じて実施して得られた研究成果を学術論文誌にまとめることで、研究者に成果を広く公開した。樹木年輪試料の極微量元素の濃度および同位体組成変動から長期間の時系列環境変動の記録を読み解く道具として、プルトニウム、ウラン、トリウム、鉛、希土類元素の極微量化学分離から分析まで一連の技術を確立することを目的とした。プルトニウム分離のための溶離液組成を最適化した結果、所要時間6.3時間、回収率93%以上で目的元素を逐次的に全自動で完全分離することができた。松の年輪試料を灰化・分解処理して、開発した全自動逐次分離システムで元素分離を行った後、元素濃度および同位体比を測定した。その結果、ウラン濃度0.09ng/g鉛濃度0.21μg/gの範囲を簡単・迅速に分析することが可能となった。交付申請書に記載したとおり、研究の目的に即してプルトニウムを含めた目的元素の逐次分離の最適条件の検討や、年輪試料の試験的な分離・分析による性能評価などが進展している。放射化学当初の研究計画に則して、分割した年輪試料を分解処理した後に全自動化学分離システムで逐次分離するとともに、質量分析装置で試料の極微量定量・同位体比分析を行う。加速器質量分析装置を用いたウラン同位体比分析については、装置担当者と試料調製法などについての打ち合わせを行った後、分析を行う。得られた結果をとりまとめて国内外の学会において研究発表を行う。交付申請書に記載したとおり、研究の目的に即してプルトニウムを含めた目的元素の逐次分離の最適条件の検討や分離システムの改造などが進展している。ウィーン大学の加速器質量分析施設を用いた測定依頼を26年度の旅費で予定していたが、試験分析の結果から、分析条件を検討した上で、次年度(平成27年8月)の国際学会発表に出張に合わせて行う方が分析旅費を効果的に使用できるため、27年度に変更した。当初の研究計画に則して、分割した年輪試料を分解処理した後に全自動化学分離システムで逐次分離するとともに、質量分析装置で試料の極微量定量・同位体比分析を行う。ウィーン大学の加速器質量分析施設を用いた試料分析の測定依頼料、担当者との打ち合わせのための旅費、消耗品費に用いる。ウィーン大学の加速器質量分析施設担当者との試料調製技術に関する打ち合わせを25年度の旅費で予定していたが、次年度(平成26年5月)の国際学会発表の出張に合わせて行うことで旅費を効率的に使用できるため、26年度に変更した。ウィーン大学の加速器質量分析施設担当者との試料調製技術に関する打ち合わせおよび試料分析の旅費、消耗品費、測定依頼料に用いる。
歯周病発症における病原性プロテアーゼの役割と作用機序

本研究はP.gingivalisが産生する2つのユニークなシステインプロテアーゼ(RGPおよびKGP)の歯周病発症における機能と病原性発現機構を分子細胞生物学的に解析したものである。以下に研究成果の概要を示す。分泌型の両酵素はともに強力なコラーゲン(ヒトタイプIおよびIV)分解能を有し、歯周病における歯周組織破壊に直接関与することが示唆された。また、分泌型の両酵素は免疫グロブリン(IgGおよびIgA)を強く分解し、好中球に対しても強い障害活性を示すことから、広く生体の防御系を破壊する可能性が示唆された。つぎに、それぞれの酵素が本菌のもつ病原性にどの程度寄与しているのかを調べる目的で、各酵素遺伝子の完全欠損体を作製した。RGP完全欠損体では、野生株のもつ好中球障害活性や血球凝集素活性もともに80%以上が消失していた。また、RGP完全欠損体では、野生株でみられる細胞表層の線毛構造が著しく減少しており、これらを構成する菌体表層蛋白質の細胞内輸送になんらかの欠陥を生じていることが示された。そこで、線毛を構成する主要な蛋白質のフィンブリリンを宿主への接着に関与する免疫原性の75kDa蛋白質のプロセシングをウェスタンブロッティング法とN末端アミノ酸シーケンス解析によって調べた。その結果、RGP完全欠損体では、野生株とは異なり、それぞれの前駆体蛋白質が成熟型分子に変換するために行われる限定的な蛋白分解が本来の切断部位で起こらず、それぞれがさらに上流のN末端側で起こっていることがわかった。すなわち、RGP完全欠損体では、これらの表層蛋白質はRGPによる正常なプロセシングを受けることができないので細胞内輸送に障害をきたし、菌体表層へ局在できないものと思われる。一方、KGP完全欠損体では、野生株やRGP完全折損体でみられたような血液寒天平板培地上での黒色コロニーの形成が見られなかった。黒色コロニーの形成は菌体表面への赤血球の結合とヘモグロビンの蓄積を反映すると考えられており、この形成能の欠如によって、本菌の増殖や生長に必須のヘムの菌体内への取込みの不足を生じると考えられている。つまり、KGPは本菌におけるヘムの取込みや蓄積に関与することによって本菌の病原性に寄与していると思われる。またKGP完全欠損体では、野生株やRGP完全折損体でみられるフィブリノーゲンに対する分解活性が著しく低下していた。フィブリノーゲンが血液凝固系の重要な因子であることを考えると、KGPがフィブリノーゲンの分解を介して歯周病局所の出血傾向を惹起している可能性が考えられた。歯周病の主たる病態は、歯肉上皮ならびに結合組織などの比較的表層に存在する歯周組織の破壊とそれに引き続いて起こる歯槽骨こうした歯周組織の破壊には口腔細菌ならびに宿主細胞の産生するプロテアーゼが中心的役割を果たしていると考えられている。しかし、歯周病発症における病原性プロテアーゼの機能や作用機序については依然として不明な点が多く残されている。今年度は歯周炎の主要な病原性細菌であるPorphyromonas gingivalisが産生する病原性プロテアーゼの機能と作用機序について解析が行われた。得られた成果は以下のとうりである。(1)本菌が産生する主要なシステインプロテアーゼとして、我々はこれまでの研究からArg-gingipainというユニークな酵素をすでに特定しており、その性状等についても解析を行っているので、本年度の研究では、本酵素の歯周炎における役割とその作用機序に焦点を絞って解析が行われた。その結果、本酵素はオートプロセシングを受けて細胞外へ分泌され、活性型酵素に変換されその病理的機能を発揮することが判った。病原性発現の機序としては、本酵素がタイプIコラーゲンを生理的条件下でよく分解することから、歯周組織の直接破壊に関与することが示唆された。また、本酵素は好中球の活性化を抑え、免疫グロブリンをよく分解することから、生体の防御系の破壊に関与することが示唆された。(2)本菌が産生するもう一つの主要な菌体外プロテアーゼとして、リジン残基特異的システインプロテアーゼ(Lys-gingipain)を特定した。本酵素の分離精製に成功し、その性状の解析を行った。その結果、本酵素はArg-gingipainとは明らかに異なる性状を有した酵素であるものの、歯周組織の直接破壊や生体防御系の破壊にはArg-gingipainと同様の関与を示すことが明らかとなった。

また、RGP完全欠損体では、野生株でみられる細胞表層の線毛構造が著しく減少しており、これらを構成する菌体表層蛋白質の細胞内輸送になんらかの欠陥を生じていることが示された。そこで、線毛を構成する主要な蛋白質のフィンブリリンを宿主への接着に関与する免疫原性の75kDa蛋白質のプロセシングをウェスタンブロッティング法とN末端アミノ酸シーケンス解析によって調べた。その結果、RGP完全欠損体では、野生株とは異なり、それぞれの前駆体蛋白質が成熟型分子に変換するために行われる限定的な蛋白分解が本来の切断部位で起こらず、それぞれがさらに上流のN末端側で起こっていることがわかった。すなわち、RGP完全欠損体では、これらの表層蛋白質はRGPによる正常なプロセシングを受けることができないので細胞内輸送に障害をきたし、菌体表層へ局在できないものと思われる。一方、KGP完全欠損体では、野生株やRGP完全折損体でみられたような血液寒天平板培地上での黒色コロニーの形成が見られなかった。黒色コロニーの形成は菌体表面への赤血球の結合とヘモグロビンの蓄積を反映すると考えられており、この形成能の欠如によって、本菌の増殖や生長に必須のヘムの菌体内への取込みの不足を生じると考えられている。つまり、KGPは本菌におけるヘムの取込みや蓄積に関与することによって本菌の病原性に寄与していると思われる。またKGP完全欠損体では、野生株やRGP完全折損体でみられるフィブリノーゲンに対する分解活性が著しく低下していた。フィブリノーゲンが血液凝固系の重要な因子であることを考えると、KGPがフィブリノーゲンの分解を介して歯周病局所の出血傾向を惹起している可能性が考えられた。歯周病の主たる病態は、歯肉上皮ならびに結合組織などの比較的表層に存在する歯周組織の破壊とそれに引き続いて起こる歯槽骨こうした歯周組織の破壊には口腔細菌ならびに宿主細胞の産生するプロテアーゼが中心的役割を果たしていると考えられている。しかし、歯周病発症における病原性プロテアーゼの機能や作用機序については依然として不明な点が多く残されている。今年度は歯周炎の主要な病原性細菌であるPorphyromonas gingivalisが産生する病原性プロテアーゼの機能と作用機序について解析が行われた。得られた成果は以下のとうりである。本菌が産生する主要なシステインプロテアーゼとして、我々はArg-gingipain(RGP)とLys-gingipain(KGP)いう2つのユニークな酵素をすでに特定して、その性状等について解析を行ってきた。本年度の研究では、昨年度に引き続き、これらの酵素の歯周炎における役割とその作用機序に焦点を絞って解析が行われた。その結果、(1)細胞外へ分泌されたRGPおよびKGPはともにタイプIコラーゲンを生理的条件下でよく分解し、歯周組織の直接破壊に関与することが示唆された。また、両酵素は好中球の活性化を抑え、免疫グロブリンをよく分解することから、生体の防御系の破壊に関与することが示唆された。(2)各酵素遺伝子の欠損変異体の解析から、RGPは本菌の保有する好中球傷害活性や血球凝集素活性の大部分を担っていること、KGPは本菌の増殖・成長に必須のヘモブロビンの菌体への結合やヘミンの取込みに重要な役割を果たしていることが示された。さらに、(3)RGPは菌体表層蛋白質や分泌蛋白質のプロセシングや細胞内輸送に関与していることが明らかにされた。
メガサテライトDNAの超可変性による協調進化と放散進化

RS447メガサテライトDNAは、ヒトで発見された単位長4.7kbの大きなタンデム反復配列である。コピー数が高頻度に変動するというトランスポゾン様の性質を持ちながら、脱ユビキチン化酵素をコードする重複遺伝子でもある。超可変性による協調進化と放散進化も予想される。この新しい概念であるメガサテライトDNAについて、昆虫をはじめとする各生物におけるゲノム動性を明らかにし、コピー数調節機構および遺伝子機能を解明することを目的とした。研究材料・手法として、様々な生物のゲノムDNAを用いてサザンプロット法等の実験を行い、RS447配列の生物種間における相同遺伝子の有無とゲノム構造(タンデム構造)の違いを明らかにした。また、近年拡充されつつあるゲノムデータベースを利用し情報解析を行った。その結果、1)様々な生物でのサザンプロット解析により、ほとんどの生物にRS447相同配列が存在していることを示した。しかしそのゲノム構造は様々であった。霊長目においても多様性があり、タンデム反復構造を持つ種、タンデム構造を失った種、複数のタンデム構造を持つ種がいた。2)各生物のゲノムデータベースから相同配列を検索したところ、多数の相同配列が見つかった。チンパンジー、アカゲザル等では予想どおり非常に高い相同性を示す配列が見つかり、イヌやウシでも高い相同性を持つ配列が見つかり、ニワトリ、ゼブラフィッシュ、ミドリフグ、アフリカツメガエル等でも比較的高い相同性を持つ配列が見つかった。カイコ、コクヌストモドキ、キイロショウジョウバエやイネ、シロイヌナズナにおいても相同配列が存在した。RS447配列のゲノム構造や、反復ユニットの長さも約48kbと生物種によって様々であり、コピー数の高い変動性も示唆された。高い可変性により、種内で配列の均一化が進む協調進化と、種間で配列の分化が進む放散進化が起きていることが示された。コピー数が高頻度に変動するというトランスポゾン様の性質を持ちながら、脱ユビキチン化酵素をコードする重複遺伝子でもあるという、ユニークな特徴を持っている。この配列の特徴から、様々な生物種によってコピー数が大きく異なることが示唆される。本研究では、この新しい概念であるメガサテライトDNAについて、昆虫をはじめとする各生物におけるゲノム動性を明らかにし、コピー数調節機構および遺伝子機能を解明することを目的としている。本年度においては、RS447配列の生物種間におけるゲノム構造(タンデム構造)の違いを明らかにした。また、カイコやイネ等のゲノム情報を元にしたデータ解析を行い、広範な生物種での遺伝子機能の推定を行った。具体的な研究方法としては、各生物のゲノムDNAを材料としたサザン解析により、相同遺伝子の有無、タンデム反復構造の有無を調べた。また、各生物のゲノムデータベース情報を元に、相同遺伝子の有無や、ゲノム構造の解析を行った。その結果、1)カイコやイネ等のゲノムデータベースを調べた結果、これらの生物種にもアミノ酸配列において高い相同性を示す配列が存在することがわかった。それらは脱ユビキチン化に関連する遺伝子と思われた。2)マウス以外にもメガサテライトDNAのタンデム反復構造が消失している生物種が見つかった。3)比較的近縁な生物種間においてさえ、タンデム構造が消失した種や、複数遺伝子座でタンデム構造をとると思われる種があり、進化的に短期間での驚異的な変動性が示された。

コピー数が高頻度に変動するというトランスポゾン様の性質を持ちながら、脱ユビキチン化酵素をコードする重複遺伝子でもある。超可変性による協調進化と放散進化も予想される。この新しい概念であるメガサテライトDNAについて、昆虫をはじめとする各生物におけるゲノム動性を明らかにし、コピー数調節機構および遺伝子機能を解明することを目的とした。研究材料・手法として、様々な生物のゲノムDNAを用いてサザンプロットハイブリダイゼーション等の実験を行い、RS447配列の生物種間における相同遺伝子の有無とゲノム構造(タンデム構造)の違いを明らかにした。また、近年拡充されつつあるゲノムデータベースを利用した解析を行った。本年度は、1)様々な生物でのサザンプロット解析の結果をまとめた。ほとんどの生物にRS447相同配列が存在していることを示した。しかしそのゲノム構造は様々であった。2)霊長目においても多様性があり、タンデム反復構造を持つ種、タンデム構造を失った種、複数のタンデム構造を持つ種がいた。3)各生物のゲノムデータベースから相同配列をBLAST検索したところ、昨年はヒットしなかった配列が多数見つかった。チンパンジーでは予想どおり高い相同性を示す配列が見つかり、カイコにおいても昨年より長い相同配列が見つかった。イヌやウシでも高い相同性を持つ配列が見つかり、ニワトリ、ゼブラフィッシュ、ミドリフグ、アフリカツメガエル等でも相同配列が見つかった。RS447配列のゲノム構造や反復ユニットの長さも約48kbと生物種によって様々であり、コピー数の高い変動性が示唆された。高い可変性により、種内で配列の均一化が進む協調進化と、種間で配列の分化が進む放散進化が起きていることが示された。
膀胱前癌病変の可逆性変化の分子機構の解明とその促進物質の検出系の開発

ラットの実験的膀胱発癌モデルを用いて、膀胱前癌病変の可逆性変化について検討したところ、軽度の上皮増殖を示す膀胱組織の可逆性はすべてのラットに観察され、apoptosis indexの増加が認められた。さらに、血管新生抑制剤TNP-470と抗癌剤cisplatinの併用によるapoptosis、細胞増殖と血管新生における変化を観察し、血管新生抑制による膀胱前癌病変可逆性の促進と膀胱発癌の抑制が観察された。一方、臨床材料を用いて膀胱前癌病変の不可逆的な癌への進展あるいは抑制に関与する因子についての検討も行った。ガレクチンファミリーは比較的最近になって見出されたβ-galactosideに特異性を示すことを特徴とする動物レクチンの一種で、ガン細胞の転移調節、アポトーシスの誘導、免疫応答の調節などに関与している。ガレクチン-1とガレクチン-3については癌化や癌の悪性度との関連がすでにいくつか報告されており、なかでも、ガレクチン-3は種々の悪性腫瘍においてその発現と転移能との相関が示唆されている。96例の膀胱癌の臨床材料を用いて免疫組織化学染色によりガレクチン-1,3,9の発現を調べたところ、浸潤癌において、ガレクチン-1の発現は殆ど認められなかったが、ガレクチン-3の発現はすべての症例で認められた。さらにガレクチン-3は悪性度、深達度の高い症例で発現がより強い傾向が認められた。一方、ガレクチン-1は腫瘍細胞塊の周囲の間質での強い発現が認められ、癌進展への促進因子である可能性も示唆された。また、ガレクチン-9の発現は腫瘍の進達度、細胞の悪性度と負の相関が見られ、粘膜病変のみで異型度の低い細胞では全例に発現しており、癌の進展を抑制している可能性が示唆された。臨床材料での前癌病変の検討は症例が少なく行えていないが、これらの因子が前癌病変を正常化させる因子として作用している可能性が推察された。6週齢のWistarラットに0.05%のN-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine(BBN)を飲用水として4週、8週、12週週間投与しました。BBNの投与中止後0週、2週、4週の時取り出した膀胱において病理組織学検査とアポトーシス、細胞増殖、血管新生の状態を検討しました。具体的に、Tunnel染色によるApoptosis Index (AI)の測定、抗Ki-67・PCNA抗体を用いたProliferation Index (PI)の測定、CD31抗体を用いたmicrovessel densityの測定を行った。結果として、軽度の上皮増殖(mild hyperplasia)を示す膀胱組織の可逆性はすべてのラットに観察された。同時にApoptosis Indexの増加は認められ、その原因を究明するためcasapasesの活性測定とMitochondriaにおける変化を検討している。さらに、血管新生抑制剤TNP-470と抗癌剤Cisplatinの併用によるアポトーシス、細胞増殖と血管新生における変化を観察し、血管新生抑制による膀胱前癌病変可逆性の促進と膀胱発癌の抑制を観察しました。上記のモデル動物システムを使い、前癌病変を正常化させるポテンシャルを有する可能性のあるseleniumとVitamin EをBBN投与中止後のラットに投与を行い、その可逆性促進作用の有無と分子機構の解析を行う予定である。

一方、膀胱前癌病変に関する臨床材料の収集と組織学的標本づくりは既に行っているが、現段階では症例数が少ないため解析は来年度に行う予定である。前年度は実験的膀胱発癌モデルを用いての検討を行ったが、本年度は主として臨床材料を用いて膀胱前癌病変の不可逆的な癌への進展あるいは抑制に関与する因子について検討した。ガレクチンファミリーは比較的最近になって見出されたβ-galactosideに特異性を示すことを特徴とする動物レクチンの一種で、ガン細胞の転移調節、アポトーシスの誘導、免疫応答の調節などに関与している。ガレクチン-1とガレクチン-3については癌化や癌の悪性度との関連がすでにいくつか報告されている。なかでも、ガレクチン-3は種々の悪性腫瘍においてその発現と転移能との相関が示唆されている。96例の膀胱癌の臨床材料を用いて免疫組織化学染色によりガレクチン-1,3,9の発現を調べた。浸潤癌において、ガレクチン-1の発現は殆ど認められなかったが、ガレクチン-3の発現はすべての症例で認められた。さらにガレクチン-3は悪性度、進達度の高い症例で発現がより強い傾向が認められた。一方、ガレクチン-1は腫瘍細胞塊の周囲の間質での強い発現が認められた。他臓器の悪性腫瘍と同様に膀胱癌においてもガレクチン-3はその発現と転移能との関連が示唆された。ガレクチン-1は腫瘍細胞周囲に発現しており、癌進展への促進因子である可能性も示唆された。また、ガレクチン-9の発現は腫瘍の進達度、細胞の悪性度と負の相関が見られ、粘膜病変のみで異型度の低い細胞では全例に発現しており、癌の進展を抑制している可能性が示唆された。臨床材料での前癌病変の検討は症例が少なく行えていないが、これらの因子が前癌病変を正常化させる因子として作用している可能性が推察された。
アンチセンスオリゴDNAを用いたミューオピオイド受容体関連細胞情報伝達系の研究

ミューオピオイド受容体(MOR)に対するアンチセンスオリゴデオキシヌクレオチド(AS ODN)は、MORmRNA量を有意に減少させたが、デルタおよびカッパーオピオイド受容体(DORおよびKOR)mRNA量に有意な変化を生じさせなかった。また、DOR AS ODNおよびKOR AS ODN、ならびにMOR sense ODNでは、MOR mRNA量に有意な変化は認められなかった。なお、MOR AS ODNによるMOR mRNA量の減少は、in situ hybridization法による組織像でも認められた。次に、5種のGタンパク質αサブユニット(Giα1,Giα2,Giα3,Goα,およびGsα)に対するAS ODNの効果を、RT-PCR法とウエスタンプロット法で検討した。すでに報告されているAS ODNは、特異性が低かったので、新たにAS ODNをデザインした。このうち、Giα1とGoαに対するAS ODNで比較的特異性が高いものが得られた。これら2種のAS ODNで、標的タンパク質のmRNA量が有意に減少するとともに、モルヒネの鎮痛効果は有意に小さくなった。このことから、Giα1およびGoαなどがモルヒネの鎮痛効果発現に関与していることが示唆された。なお、MORの内在性リガンドであるオピオイドペプチドの加水分解、不活性化阻止法について研究し、メチオニンエンケファリン(met-enk)、ロイシンエンケファリンなど5種のペプチドの脳膜標本における加水分解を3種の酵素阻害剤を用いることにより、ほぼ完全に阻止することに成功した。3種の阻害剤存在下では、met-enkの鎮痛効果はモルヒネより大きいことが明らかにされた。今後、内在性ペプチドの鎮痛効果に対する各種AS ODNの効果も研究する予定である。5種のGタンパク質αサブユニットに対するホスホロチオエ-ト化したアンチセンスオリゴデオキシヌクレオチド(AS-ODN)を、ラットの脳のperiaqueductalgray(PAG)に、1回10μg、48時間毎に3回投与し、最終投与24時間後に、モルヒネの鎮痛効果を測定後に断頭し、PAGのG_<iα1>、G_<iα2>、G_<iα3>、G_<0α>、およびG_<sα>、などのmRNA量をRT-PCR法で測定するとともに、5種のGタンパク質αサブユニット量をウェスタンブロット法で測定した。その結果、G_<iα1>のAS-ODNではG_<iα1>のmRNA量の著しい減少、G_<0α>mRNAのわずかな減少が認められたが、その他のGタンパク質αサブユニットのmRNA量に変化は認められなかった。なお、センスODNでは、どのmRNA量にも変化は認められなかった。しかし、G_<iα1>のAS-ODNでわずかではあるがG_<0α>のmRNA量の減少が認められたので、より特異性を高める目的でAS-ODNの塩基配列について再検討した。その結果、3'末端側のG_<iα1>とG_<0α>に共通な5塩基を除いた17塩基のAS-ODNを用いると、G_<iα1>のmRNAのみが著しく減少し、他の4種のGタンパク質αサブユニットのmRNA量は変化しないことが明らかにされた。また、このAS-ODNの高い特異性はウェスタンブロット法でも確認された。そこで、このAS-ODNのモルヒネの鎮痛作用に及ぼす影響について検討した。その結果、改良したG_<iα1>のAS-ODNにより、モルヒネの鎮痛作用は減弱されることが明らかにされた。つまり、モルヒネの鎮痛効果発現には、G_<iα1>が関与していることが示唆された。

しかし、G_<iα1>以外のAS-ODNでは、特異性がやや低く、標的タンパク質mRNA以外もわずかに減少させるので、現在、投与量、投与方法、AS-ODNの塩基配列などについて検討している。ラット脳のperiaqueductalgray(PAG)に、ミューオピオイド受容体(MOR)に対するアンチセンスオリゴデオキシヌクレオチド(AS ODN)(10μg)を48時間ごとに3回投与すると、MO mRNA量は有意に減少したが、デルタおよびカッパーオピオイド受容体(DORおよびKOR)mRNA量に有意な変化は認められなかった。また、DOR AS ODNおよびKOR AS ODN、ならびにMOR sense ODNでは、MOR mRNA量に有意な変化は認められなかった。なお、MOR AS ODNによるMOR mRNA量の原減少は、in Situ hybridization法による組織像でも認められた。次に、5種のGタンパク質αサブユニット(Gial,Gia2,GiQ3,Goa,およびGsa)に対するASODNの効果を、RT-PCR法とウェスタンブロット法で検討した。特異性が低いAS ODNに関しては、新たにASODNをデザインした。このうち、Goαに対するAS ODNで比較的特異性が高いものが得られた。このAS ODNで、Goa mRNA量が有意に減少するとともに、モルヒネの鎮痛効果は有意に小さくなった。このことから、Goaがモルヒネの鎮痛効果発現に関与していることが示唆された。なお、MORの内在性リガンドであるオピオイドペプチドの加水分解、不活性化阻止法について研究し、メチオニンエンケファリン(met-enk)、ロイシンエンケファリンなど5種のペプチドの脳膜標本における加水分解を3種の酵素阻害剤を用いることにより、ほぼ完全に阻止することに成功した。3種の阻害剤存在下では、met-enkの鎮痛効果はモルヒネより大きいことが明らかにされた。今後、内在性ペプチドの鎮痛効果に対する各種AS ODNの効果も研究する予定である。