hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゲノム情報に基づく植物細胞壁の多様な構造と構築機構の解明

シロイヌナズナのXTH(AtXTH)の植物体における働きを解析するために、T-DNAを挿入した突然変異体とRNAiを発現させた形質転換体の解析を行なった。根で特異的に発現するAtXTH遺伝子のうち、高い発現レベルを示すAtXTH18遺伝子の発現を抑制するRNAi形質転換体を作成したところ、根の伸長が抑制された。この結果は、XTHの働きが細胞伸長時のキシログルカン分子の繋ぎ換えであることを支持するものとなった。シロイヌナズナのゲノム上に存在する33種のAtXTH遺伝子のうち、27種類のAtXTH遺伝子のT-DNA突然変異体を解析したところ、Atxth27以外のT-DNA突然変異体については顕著な表現型が碓認されず、AtXTH間の機能的な重複があることが示唆された。このため二重突然変異体の作成に着手した。Atxth27突然変異体は葉の道管に異常が碓認されたことから、道管形成に伴う細胞壁の変化に特異的に働いていることが示唆された。また二重突然変異体の解析により、AtXTH遺伝子ファミリーのクラス3の中に、葯の分化と種子の発芽に関与する幾つかのAtXTH遺伝子が存在することが明らかになった。これらの結果は、XTHがキシログルカンの繋ぎ換え反応以外に、特定の細胞分化における細胞壁の代謝に重要な役割を果たしていることを示唆するものであった。イネにおいて、キシログルカン量の低さからイネのXTH(OsXTH)の役割の再検討の必要性が考えられていたが、このように特定の細胞分化に伴う細胞壁の変化に僅かなキシログルカンが関与しているならば、OsXTHもAtXTHと同様の働きをしている可能性が考えられた。この説を支持するように、組織レベルでの詳細な発現解析によってAXTH遺伝子と同様に細胞分化に伴う特異的な発現を示すOsXTH遺伝子が確認された。イネのゲノム上に存在する29種類のエンド型キシログルカン転移酵素/加水分解酵素(OsXTH)について、DNAマイクロアレイ法とリアルタイムRT-PCR法を用いて、植物体における遺伝子の発現パターンを詳細に解析した。結果は下記の通りである。1)シロイヌナズナのXTH遺伝子ファミリーと同様に、イネにおいても各XTH遺伝子が独自の発現パターンを有していた。2)その中には、根や葉などで特異的な発現を示すOsXTH遺伝子が存在した。3)また各器官において、細胞伸長と密接に関わる発現パターンを示すOsXTH遺伝子が存在した。4)ジベレリンなどの植物ホルモンにより制御されるOsXTH遺伝子を同定した。以上の結果をふまえ、細胞伸長に関わるOsXTH遺伝子とジベレリンによる制御されていたOsXTH遺伝子について、これらの遺伝子の発現を抑制するようなRNAiを発現させる形質転換植物体の作成に着手した。またシロイヌナズナと同様に、多くの細胞壁関連遺伝子ファミリーがイネにおいても存在することが示唆されていたので、イネにおける細胞壁関連遺伝子ファミリー群を同定し、シロイヌナズナの遺伝子ファミリーとの比較解析を行なった。その結果、イネとシロイヌナズナとの細胞壁構造の違いにも関わらず、多くの遺伝子ファミリーの構成が、XTH遺伝子ファミリーのように両植物間でよく保存されていることが明らかになった。また同時に各植物種固有の細胞壁関連遺伝子の存在も明らかにした。
旧制中等諸学校の『校友会誌』にみる学校文化の諸相の研究と史料のデータベース化

旧制中学校および高等女学校を前身にもつ高等学校、それぞれ700校、1074校に対し『校友会雑誌』の刊行と所蔵に関する全国アンケート調査をもとに、多面的な分析を加えた。また、各地の公共図書館における2000冊に及ぶ『校友会雑誌』の所蔵を確認した。さらには、300種類、700冊以上の『校友会雑誌』を収集し、史料目録等のデータ・ベース化を行った。また、研究報告書(第一集)『旧制中等諸学校の『校友会雑誌』にみる学校文化の諸相の研究と史料のデータ・ベース化』(全367頁)を刊行し、『校友会雑誌』の記事内容の分析に取り組んだ。本研究は、『校友会雑誌』を手がかりとして、中等諸学校における学校文化を多様な側面から明らかにする。その際、それらの異同、例えば男子中等教育機関である中学校・実業学校と、女子中等教育機関である高等女学校では、その学校文化のありようがどのように異なっていたのか、あるいは同じ男子中等教育機関においても「正系」とされた中学校と、職業教育の系統であった実業学校とでいかなる違いがあったのかを解明する。また、地域による学校文化の違いも、重要な意味を持つ。以上の研究関心に立って、本年度は、研究の第一段階として、サンプル的中学校・高等女学校・実業学校計39校に焦点をあて、それらを対象として重点的に『校友会雑誌』の調査を行い、学校文化活動の諸相に関する多様な実態の分析を、以下の視点から進めた。ただし、当該校に問い合わせた結果、実際に閲覧許可が出たのは、現段階では、主に中学校にとどまっている。(1)「旧制中学校・高等女学校・実業学校において校友会が設置され、その文化活動が発展していく経緯と、『校友会雑誌』が創刊されていく過程の解明。(2)それぞれの中等諸学校の『校友会雑誌』の刊行と、その保存状況を確認する。(3)以上の作業を経て、各旧制中学校・高等女学校・実業学校の学校文化活動の内容を『校友会雑誌』にそくして検討し、比較分析を進めていく。(4)特に、誌面の構成と各欄の内容を重視して検討を進め、中等諸学校生徒の学校文化活動への意識状況や活動状況を、例えばジェンダー的視点で比較検討した。以上の研究関心に立って、本年度は、2010年8月に、全国の旧制高等女学校『校友会雑誌』アンケート調査を実施した。その回収状況は、対象校1074校回答校549校(回収率51.1%)であり、その中で、『校友会雑誌』の刊行を行っていたと回答した261校のうち、すべての『校友会雑誌』を所蔵しているのは42校、一部所蔵しているのが、179校、無所蔵が40校、不明211校という結果を得た。現在、以上のデータをより具体的に分析中である。また、旧制中学校の『校友会雑誌』に関して、以下の中学校の現地調査および『校友会雑誌』データ収集を行った。秋田中学校(秋田)、横手中学校(秋田)、本荘中学校(秋田)、白石中学校(宮城)、千葉中学校(千葉)、開成中学校(東京)、両国中学校(東京)、聖学院中学校(東京)、松本中学校(長野)、諏訪中学校(長野)、上田中学校(長野)、四条畷中学校(大阪)、天王寺中学校(大阪)、兵庫中学校(兵庫)、小野中学校(兵庫)、忠海中学校(広島)その結果、70,000頁以上の『校友会雑誌』の誌面資料を収集し、現在鋭意分析中である。以上の研究関心に立って、本年度は、この数年来実施してきた、旧制中学校および高等女学校を前身にもつ高等学校、それぞれ700校、1074校に対し『校友会雑誌』の刊行と所蔵に関する全国アンケート調査をもとに、多面的な分析を加えた。

また、各地の公共図書館における2000冊に及ぶ『校友会雑誌』の所蔵を確認した。さらには、300種類、700冊以上の『校友会雑誌』を収集し、その中には、「外地」「外国」であった台湾、朝鮮、満州(新京・大連・奉天)、上海、青島、樺太、ハワイ等の日本人学校の『校友会雑誌』を含んでいる。それらの調査をふまえ、データ・ベース化も行った。以上の成果を、教育史学会第55回大会のコロキウム「戦前期中等諸学校における『校友会雑誌』と学校文化の研究」(2011年10月2日、於京都大学)として報告した。また、研究報告書(第一集)『旧制中等諸学校の『校友会雑誌』にみる学校文化の諸相の研究と史料のデータ・ベース化』(全367頁)を刊行し、『校友会雑誌』の記事内容の分析に取り組んだ。旧制中等諸学校(中学校・高等女学校・実業学校)に関する歴史研究は、これまで様々な角度から取り組みが進められてきたが、制度史や政策史研究の進展に比べ、中等諸学校内部での具体的な生徒の文化活動や学校生活の実態を解明した研究は、量的にも質的にもいまだ充分なものとはなっていない。こうした点で、『校友会誌』あるいは『学友会雑誌』等と呼ばれた校内機関誌は、きわめて重要な史料的価値をもつものである。本研究は、これら『校友会誌』を手がかりとして、中等諸学校における学校文化を次の三つの具体的な角度から明らかにする。1学校文化活動の諸類型と多様性の解明2学校文化の担い手の検討3学校文化の主題とその時代的変化の解明その際、『校友会雑誌』を用いて「学校文化」を上記の側面から明らかにする方法として、中等教育機関による異同、例えば男子中等教育機関である中学校・実業学校と、女子中等教育機関である高等女学校では、その学校文化のありようがどのように異なっていたのか、あるいは同じ男子中等教育機関においても「正系」とされた中学校と、職業教育の系統であった実業学校とでいかなる違いがあったのかを解明する。また、地域による学校文化の違いも考察していく。研究成果として、上記の研究目的と方法に基き、旧制中学校および高等女学校を前身にもつ高等学校、それぞれ700校、1074校に対し『校友会雑誌』の刊行と所蔵に関する全国アンケート調査をもとに、多面的な分析を加えた。さらには、300種類、700冊以上の『校友会雑誌』を収集し、史料目録等のデータ・ベース化を行った。今年度までの研究成果を、教育史学会第55回大会のコロキウム「戦前期中等諸学校における『校友会雑誌』と学校文化の研究」(2011年10月2日、於京都大学)として報告し、また、研究報告書(第一集)『旧制中等諸学校の『校友会雑誌』にみる学校文化の諸相の研究と史料のデータ・ベース化』(全367頁)を、当初の計画より一年早く刊行し、『校友会雑誌』の記事内容の分析に取り組むことができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)今後は、これまでの研究の成果をふまえ、さらなる『校友会雑誌』史料の収集を行う。(2)『校友会雑誌』内容の多面的な分析を行っていく。(3)その成果を、今年度も、まずは学会で発表する。(4)また研究成果報告書(第二集)の刊行も視野に入れて進めていく。
植物における膜結合型転写因子による遺伝子発現制御機構の解明

シロイヌナズナの小胞体膜結合型転写因子bZIP60が小胞体膜に存在するIRE1による細胞質スプライシングにより活性化されることを明らかとした。つまりスプライシングによりタンパク質の読み枠がずれた結果、翻訳された膜貫通ドメインを持たないタンパク質が核へ移行しBiPに代表される下流の小胞体ストレス応答関連遺伝子の転写を誘導すると考えられた。さらにIRE1は小胞体で合成される大部分のタンパク質のmRNAを分解することも明らかとした。一方、bZIP28の切断にこれまで関与が予想されていたプロテアーゼS1Pが関与しないことを明らかとした。モデル植物であるシロイヌナズナを用いて膜結合型転写因子を介した遺伝子発現制御機構の解析をおこなった。具体的には小胞体ストレス応答に関わる2つのbZIP型転写因子、bZIP60とbZIP28を主な解析対象とした。小胞体ストレスセンサーであるIRE1の遺伝子破壊株を用いたマイクロアレイ解析の結果、IRE1により制御される遺伝子群とbZIP60により制御される遺伝子群に多くの重複が見られた。その後の解析からIRE1がbZIP60 mRNAの細胞質スプライシングを介して、bZIP60の活性化に関わることを明らかとした。つまり、bZIP60はストレスが無い状態では膜貫通領域を介して小胞体膜に結合しているが、ストレス依存的にIRE1による細胞質スプライシング依存的に、膜貫通領域を決失したbZIP60が核へ移行し標的遺伝子の活性化に働くことが明らかとなった。bZIP60の標的遺伝子の1つにBiP3がある。BiP3は小胞体ストレス依存的に非常に強く誘導を受ける遺伝子であることから、小胞体ストレス応答をモニターするのに適している。BiP3プロモーターの下流にGUS遺伝子を連結したコンストラクトを導入した植物を用いて、変異体のスクリーニングを行い、ストレス処理が無い状態でも恒常的にGUS活性を示す2つの変異体を単離した。さらに、交配実験の結果からこれら2つの変異体の変異は劣性変異であり、原因遺伝子は異なることが明らかとなった。bZIP28も小胞体膜に結合して存在し、小胞体ストレス依存的にタンパク質レベルで切断を受けて、核へ移行すると考えられている。このタンパク質レベルでの切断には、ゴルジ体に局在するS1PとS2Pと呼ばれる2つのプロテアーゼが関わるとされているが、詳細は必ずしも明らかでは無い。そこで、S1P、S2Pの変異体を用いてbZIP28の切断を確認する実験系の開発を行った。シロイヌナズナの小胞体ストレス応の制御に関わる膜結合型転写因子(Membrane-bound Transcription Factor:MTF)であるbZIP60とbZIP28の活性化機構について研究をおこなった。bZIP60は、本研究開始後、当初想定していたタンパク質レベルでの切断により活性化されるのではなく、小胞体ストレスセンサーであるIRE1により触媒される細胞質スプライシングを介して活性化されることが明かとなった。従って、本年度はこの細胞質スプライシングの生化学的解析を行った。IRE1のRNaseドメインを含む領域を大腸菌内で発現、精製した後、in vitroで合成したbZIP60 mRNAのスプライシングを受ける領域を実際に切断することを確認した。bZIP28に関しては、内在性のbZIP28タンパク質を認識する抗体を作製し、bZIP28が小胞体ストレス応答によりタンパク質レベルで切断されることの検出に初めて成功した。bZIP28の切断にはS1P、S2Pの2つのタンパク質が関わると考えられていたことから、S1PおよびS2Pの遺伝子破壊株におけるbZIP28タンパク質の切断を調べたところ、S1P破壊株ではbZIP28の切断に影響は見られなかった。一方、S2P遺伝子破壊株では、bZIP28の切断が阻害された。しかし、完全に切断が阻害されるのでは無く、前駆体より短いタンパク質が検出され、bZIP28の切断にはS2P以外のプロテアーゼも関わることが強く示唆された。さらに、サリチル酸処理により、bZIP60の細胞質スプライシングを介した活性化とbZIP28のタンパク質レベルでの切断が起こることが確認され、サリチル酸処理により小胞体ストレス応答の分子装置が働くことが示された。シロイヌナズナの膜結合型転写因子であるbZIP60とbZIP28の活性化機構、さらに前年度の研究で明らかとなったbZIP60の活性化に関わるIRE1に着目し、小胞体ストレス応答の分子機構を中心に以下の研究を行った。IRE1遺伝子破壊株はツニカマイシンに対して感受性を示すが、bZIP60遺伝子破壊株は感受性を示さないことから、IRE1はbZIP60 mRNAの細胞質スプライシング以外の機能を持つと考えられた。

マイクロアレイ解析の結果を詳細に解析した結果、野生型では小胞体ストレスにより、小胞体で合成されるタンパク質をコードする遺伝子の転写産物(mRNA)が分解されるのに対して、IRE1遺伝子破壊株では分解が見られないことが示された。定量的PCR等による詳細な解析からIRE1が小胞体ストレス依存的に小胞体で合成されるタンパク質のmRNAを分解することが示された。病原菌応答で重要な役割を果たすサリチル酸処理によりbZIP60の活性化が見られることを発見した。遺伝子破壊株を用いた解析から、この活性化はIRE1に依存することが明らかとなった。bZIP60の活性化機構を詳細に解析するため、変異導入したbZIP60遺伝子をbZIP60遺伝子破壊株に導入した。BiP3プロモーター制御下で働くGUS遺伝子が恒常的に発現している2つの変異体に関して、次世代シーケンサーを用いた解析により、1つの変異体に関しては原因遺伝子の同定に成功した。bZIP28にFLAGタグを付加した遺伝子を導入したトランスジェニック植物が得られたが、ウエスタンブロットの結果は明瞭で無く、bZIP28の切断を検出する系の確立には至らなかった。一方、S2P破壊株では小胞体関連遺伝子の誘導が抑制されるのに対し、S1P破壊株では抑制は見られず、S1PがbZIP28の切断に関与しない可能性が示唆された。シロイヌナズナの膜結合型転写因子であるbZIP60とbZIP28の活性化機構、さらにbZIP60の活性化に関わるIRE1を中心に小胞体ストレス応答の分子機構に関して研究を行った。平成25年度までの研究からIRE1がbZIP60のmRNAを細胞質において切断し、その結果フレームシフトが起こり、bZIP60は膜貫通ドメインを喪失し、核へ移行し小胞体ストレス応答を活性化することを明らかとしてきた。しかし、切断されたmRNAが結合し、細胞質スプライシングが完結する仕組みは明らかで無かった。そこで、切断されたmRNAの結合に関わる因子を同定するため大腸菌内で発現、精製したシロイヌナズナのtRNAリガーゼを用いて、試験管内での細胞質スプライシングの再構築に成功した。tRNAリガーゼの遺伝子破壊株を用いた解析と合わせて。tRNAリガーゼが小胞体ストレス応答で見られる細胞質スプライシングに関わることを植物で初めて示すことに成功した。平成25年度までに発見していたサリチル酸処理によるbZIP60の活性化に加えて、特異抗体を作成しbZIP28の活性化を検出する系を確立し、サリチル酸によりbZIP28も活性化することを明らかとした。上述のようにbZIP28の切断を検出する系を確立し、遺伝子破壊株を用いて2種のプロテアーゼ、S1PとS2PのbZIP28の切断への関わりを調べた。その結果、S2PはbZIP28の切断に関わっていることが示されたが、S1Pは関与しないと考えられた。この結果はS2Pの遺伝子破壊株はツニカマイシンに対し感受性を示すとともに、小胞体ストレス応答関連遺伝子の誘導が抑制されているが、S1Pの遺伝子破壊株ではそのような現象は観察されないことからも支持される。以上のようにbZIP60とbZIP28の活性化機構をほぼ明らかにすることができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。
熱拡散マイクロリアクターによるメタンのカップリング反応

メタンの化学基礎原料への有効利用を目的に我々は反応場に温度勾配をかけ、熱拡散を利用した反応分離による熱拡散反応塔(TCD)におけるメタンの反応特性について検討を進めている。メタンは化学的安定であるが、熱分解や触媒反応で一度活性化すると、ラジカルカーボンにより早い速度で連鎖反応を起こし、固体カーボンまで進行し、エチレンやアセチレンなどの化学基礎原料はほとんど得られなく、得られるものは水素とすすがほとんどである。熱拡散反応塔ではラジカル反応の中間過程でメチルラジカルやエチルラジカルによるカップリング反応を期待し、反応実験を行ったが、期待する生成物はわずかであったが、従来の均一温度場の反応塔(FBR)と比較し、温度勾配下の熱拡散塔では高温度場には軽い成分が、低温度場には分子量の大きい成分が移動する熱拡散効果のためにわずかにTDCのほうがC2収率が大きく得られた。熱拡散効果と同時に、低温による反応抑止効果と思われるクエンチ効果も期待されることから、本報告ではその効果を直接検証するために温度勾配を直接測定でき、現象を単純化するため新たに熱拡散マイクロリアクターを製作し、その効果について検討した結果次の結論を得た。(1)無触媒実験において高温側温度が750°C以上でないと反応活性が出ない。(2)白金触媒を使用することで600°Cから反応が起こり、水素とススが形成される。(3)供給速度を上げることで転化率は落ちるが、C2選択率は上がる。(4)滞留時間を少なくすることで、C2選択率を上げることができる。(5)銅触媒を用いることで、C2の選択率が上がる。
制約充足型画像処理を用いた仮想空間と現実空間の融合

従来の仮想現実技術では,対象となる空間は仮想的なもので,現実空間との協調という視点はあまり重視されていなかった.しかしながら,テレビ会議等を考えると,ある部分は現実空間を利用し,ある部分は仮想空間を利用する,といった仮想空間と現実空間との協調が必要である.仮想空間の中に,現実空間を撮影した画像を導入する場合,はじめにそれらの幾何学的な対応を取る必要がある.その後,撮影した画像から必要な領域を抽出する.本研究では,幾何学的な対応問題は比較的容易に解決されると考えたが,実際には光学的歪み等,従来あまり詳細な検討が行なわれなかったカメラモデルが重要であることがわかった.そこで,ここではズ-ムレンズの光学歪みに関して補正法を提案し,これを用いて現実空間の画像を仮想空間へ融合する方法の基礎とした.次に,仮想空間における視点情報から,現実空間のカメラパラメータに変換する手法について検討を行った.ここでは,仮想空間中に設定した仮想的な「窓」に現実空間を撮影した画像をテクスチャマッピングリアルタイムに表示する状況を考え,視点移動に対してカメラの光軸の方向,画角等をどのように計算するかを検討し,実際にプロトタイプシステムを作成した.本研究により,現実空間を撮影した画像とコンピュータグラフィックスにより生成した仮想空間を融合する際に考慮すべきカメラパラメータの設定及び各種の歪みの補正法が明らかになった.従来の仮想現実技術では,対象となる空間は仮想的なもので,現実空間との協調という視点はあまり重視されていなかった.しかしながら,テレビ会議等を考えると,ある部分は現実空間を利用し,ある部分は仮想空間を利用する,といった仮想空間と現実空間との協調が必要である.仮想空間の中に,現実空間を撮影した画像を導入する場合,はじめにそれらの幾何学的な対応を取る必要がある.その後,撮影した画像から必要な領域を抽出する.本研究では,幾何学的な対応問題は比較的容易に解決されると考えたが,実際には光学的歪み等,従来あまり詳細な検討が行なわれなかったカメラモデルが重要であることがわかった.そこで,ここではズ-ムレンズの光学歪みに関して補正法を提案し,これを用いて現実空間の画像を仮想空間へ融合する方法の基礎とした.次に,仮想空間における視点情報から,現実空間のカメラパラメータに変換する手法について検討を行った.ここでは,仮想空間中に設定した仮想的な「窓」に現実空間を撮影した画像をテクスチャマッピングリアルタイムに表示する状況を考え,視点移動に対してカメラの光軸の方向,画角等をどのように計算するかを検討し,実際にプロトタイプシステムを作成した.本研究により,現実空間を撮影した画像とコンピュータグラフィックスにより生成した仮想空間を融合する際に考慮すべきカメラパラメータの設定及び各種の歪みの補正法が明らかになった.
実験的CCIモデルにおける脊髄後角および神経軸策内NGF,GDNFの消長

末梢神経損傷によって、自発痛・異病症および痛覚過敏などを起こすことがある。これらの症状は総称して神経因性疼痛と呼ばれ、その分子機構として侵害受容性神経伝達物質の発現変化や一次求心性線維の脊髄ニューロンへの発芽など、神経回路の可塑的な変化が考えられている。神経栄養因子は、神経細胞の成熟・生存および維持に関与すると考えられている。ラット後根神経節(DRG)において、侵害刺激を伝達する小径無髄一次求心線維の約半分は神経栄養因子の一つである神経成長因子(NGF)に生存を依存し、他の半分はグリア細胞株由来神経栄養因子(GDNF)に依存している。NGFは神経因性疼痛の発症・維持に関連があると考えられる。一方GDNFの神経因性疼痛への寄与は現在十分に解明されていない。一次求心性線維の生存に関与するNGFとGDNFは末梢神経損傷後発症する病的な疼痛においては、異なった作用をしている可能性がある。本研究では、両因子の神経因性疼痛における役割を明らかにするためにラットのCCIモデル(慢性絞扼性損傷モデル)を使用し、疼痛回路での定量的発現変化を検討した。その結果、一次求心性線維の生存に必要なGDNFがCCI後損傷側DRGで減少し、GPNF投与によって疼痛症状が緩和した。この時、損傷DRGにおいてNGF量は不変であった。この結果は、減少したGDNFが神経因性疼痛の発症に関与することを示唆している。神経損傷ラットにおいてNGFとGDNF発現がそれぞれ異なった様式で顕著に変動することが示された。これらの結果は現在十分な治療法がない神経因性疼痛に対し、神経栄養因子関連化合物による治療の可能性を示唆している。今後更にGDNFの効果機序の解明を通じて、新たな薬物の開発が期待される。手術、外傷、また口腔領域では、抜歯や抜髄などで神経線維損傷した場合、長期にわたって持続する異常疼痛が見られることがある。このような疼痛を神経因性疼痛といい、症状としては痛覚過敏(痛みの増強)、異常感覚(触覚による疼痛)が多くみられるが、その発生機序は不明な点が多い。また、通常の炎症に対しては効果のあるアスピリンをはじめとする非ステロイド性抗炎症薬や強力な鎮痛作用をもつモルヒネなどの麻薬性鎮痛薬は無効であり、治療が困難である。ところで神経組織はNGF(神経成長因子)やGDNF(グリア細胞株由来神経栄養因子)によって維持されている。そこで、今回の研究では神経栄養因子の消長の観点から神経因性疼痛の発生機序をより明らかにし、今後の治療法開発の発展を図る。末梢で痛覚伝達にかかわる組織摘出が網羅的である点、また、それらの部位での複数の神経栄養因子分布変化を追っている点が独創的であり、特色となっている。痛覚過敏がおこっている場合、痛覚に関連する神経線維が優位になっていると考えられるので、痛覚一次求心性線維が分布している、いずれかの組織にて神経栄養因子が増加していると予想できる。一方、異常疼痛は、Aβ線維が痛覚伝達の二次ニューロンのある脊髄後角浅層への投射していると言われている、これは本来投射すべき痛覚伝達神経線維が減少したためであり、神経栄養因子の減少が予想できる。神経因性疼痛がおこった場合、局所的に神経栄養因子発現量をコントロールすることでの発症を抑えられるのでないかと考えている。本研究で、神経栄養因子の働きが明らかになれば、神経因性疼痛の発症機構の解明や治療法及び予防法の開発にとどまらず、神経細胞の発生学的、病理的、生理学的研究の発展に寄与することができると考えている。
G-NaVI法によるHBV全組込とエピゲノム変化の時空間的解明による肝発癌の制御

DNAウイルスのヒトゲノムへの組み込みは、B型肝炎ウイルス(HBV)関連肝細胞癌を含め、さまざまな腫瘍において重要な役割を担っている。肝細胞癌におけるB型肝炎ウイルスDNA組み込みの役割を明確にするために、HBV組み込みとヒトおよびHBVのエピゲノム異常の分子機構や臨床的意義を明らかにした。さらに1分子リアルタイムシーケンスに基づくHBV組み込み体の解析法の開発に成功した。肝細胞癌のジェネティック、エピジェネティックな異常および動的なDNAメチル化変化が、機能的にHBV関連肝細胞癌の生物学的動態に影響することを明らかにした。B型肝炎ウイルス(HBV)関連肝細胞癌は現在も減少しておらずその発生進展機序の解明は重要な課題である。HBV感染にかかわる主要な発癌機序のひとつにHBV DNAのヒトゲノムへの組み込みがある。今までのHBV組み込み解析法では実現できなかった全組み込み解析を可能とすべく、Genome capture法併用次世代シークエンサーによるウイルスDNA全組み込み解析法(G-NaVI法)を考案した。HBVのヒトゲノムへの全組み込みおよびHBV組み込みに伴うHBVおよび宿主ゲノムのエピジェネティックな変化を明らかにすることを目的とした。G-NaVI法による解析の至適化の結果、得られたリード長、平均リードクオリティ、正確性において、十分な結果を得ることができた。従って、解析を進め、HBV DNA組み込みの多様性を明らかにした。つまり、組み込まれたHBV DNAのサイズの多様性やヒト側の組み込み部位(繰り返し配列など)の多様性を明らかにした。複数の検体において組み込みがみられる標的遺伝子候補も明らかにしたが、組み込みパターンはさまざまであった。上記の実績を踏まえ、次のステップとなるDNAメチル化解析(パイロシーケンス法)の至適化を試みた。HBV DNA組み込みの多様性から、DNAメチル化解析に必要なprimerの設計等も複雑になったが、パイロシーケンス法がワークしていることを確認できた。G-NaVI法解析結果の中間評価において、全く予期しなかったHBVDNA組み込みの多様性を認めた。つまり、組み込まれたHBV DNAのサイズの多様性やヒト側の組み込み部位(繰り返し配列など)の多様性により、結果の検証に新たに2か月を要した。さらに、この多様性の影響で、次のステップとなるDNAメチル化解析(パイロシーケンス法)の至適化に新たに2か月を要した。G-NaVI法による解析の至適化の結果、HBV DNA組み込みの多様性を明らかにした。また、DNAメチル化解析(パイロシーケンス法)の至適化に成功し、HBV DNA組み込みとともにDNAメチル化の多様性を明らかにした。HBV関連肝細胞癌の遺伝子異常の次世代統合オミクス解析つまり遺伝子変異解析(MassARRAYシステムやIonPGMシークエンサーを用いた多サンプルの多領域の同時スクリーニング)、DNAメチル化解析(MCA microarray等による網羅的解析、Bisulfite-pyrosequence)、エピゲノム異常の解析(高速次世代シーケンサーを用いたMCAシークエンス法等)、マイクロRNA異常の解析(TaqMan qPCRの他に、microarray、次世代シーケンサー、ChIP-seq等を用いた網羅的な解析)を行い、複雑な遺伝子異常の蓄積を明らかにした。HBV DNAのヒトゲノムへの組み込みとHBVおよび宿主ゲノムのエピジェネティックな変化の包括的分子病態解析を行い、クロマチン構造異常との関連などを明らかにした。4か月の延長期間にHBV全組み込みとDNAメチル化解析の統合評価を完了した。HBV関連肝細胞癌の遺伝子異常の次世代統合オミクス解析、HBV DNAのヒトゲノムへの組み込みとHBVおよび宿主ゲノムのエピジェネティックな変化の包括的分子病態解析を進めることができたが、両者の関連の解析は、進行中である。1分子ロングリード次世代シーケンサーによるHBV DNA組み込みおよびDNAメチル化の同時解析法の開発および至適化に成功し、HBV DNA組み込みおよびDNAメチル化動態の多様性を明らかにした。また、HBV関連肝細胞癌の遺伝子異常の次世代統合オミクス解析法の至適化に成功した後、対象を拡げ解析することができた。遺伝子変異解析(MassARRAYやIon PGMシークエンサーを用いた多サンプルの多領域の同時スクリーニング)、DNAメチル化解析(MCA microarray等による網羅的解析)、エピゲノム異常の解析(MCAシークエンス等)、マイクロRNA異常の解析(TaqMan qPCRの他に、microarray、次世代シーケンサー、ChIP-seq等を用いた網羅的な解析)を行い、さまざまな遺伝子異常の蓄積を明らかにした。

HBV DNAのヒトゲノムへの組み込みとHBVおよひ&#12441;宿主ゲノムのエピジェネティックな変化と次世代統合オミクス解析の結果の統合解析に成功した。HBVゲノムの組み込みによる発癌への影響として、ヒトゲノムの染色体不安定性の惹起、組み込み近傍の遺伝子発現制御、組み込み近傍の遺伝子とHBVの融合蛋白の産生の関連などを明らかにした。DNAウイルスのヒトゲノムへの組み込みは、B型肝炎ウイルス(HBV)関連肝細胞癌を含め、さまざまな腫瘍において重要な役割を担っている。肝細胞癌におけるB型肝炎ウイルスDNA組み込みの役割を明確にするために、HBV組み込みとヒトおよびHBVのエピゲノム異常の分子機構や臨床的意義を明らかにした。さらに1分子リアルタイムシーケンスに基づくHBV組み込み体の解析法の開発に成功した。肝細胞癌のジェネティック、エピジェネティックな異常および動的なDNAメチル化変化が、機能的にHBV関連肝細胞癌の生物学的動態に影響することを明らかにした。4か月の延長期間にHBV全組み込みとDNAメチル化解析の統合評価の上、成果を取りまとめる。一方、平成28年度事業として予定しているHBV関連肝細胞癌の遺伝子異常の次世代統合オミクス解析については、平成27年度の研究成果を必要としないため、当初の予定どおり平成28年度中に終了が可能である。各研究項目の連携を強化し、研究全体の遂行、目標の達成に向けて邁進する。HBV関連肝細胞癌の遺伝子異常の次世代統合オミクス解析、HBV DNAのヒトゲノムへの組み込みとHBVおよび宿主ゲノムのエピジェネティックな変化の包括的分子病態解析を中心に、各研究項目の連携を強化し、研究全体の遂行、目標の達成に向けて邁進する。29年度が最終年度であるため、記入しない。消化器内科学29年度が最終年度であるため、記入しない。
場の理論と物性論における対称性とトポロジー

素粒子物理については素粒子標準模型を超える「新物理」としてヒッグス場を複数個に拡張する2Higgs doublet模型およびブレーンワールド模型について研究を行った。前者については、これまでよく調べられてこなかった位相的なnon-Abelian宇宙紐とドメインウォールの解の構成並びにそれらが与える現象論的インパクトについて詳細な研究を行った。後者については、ブレーン上のボゾニックなギャップレスモードについてフェルミオンとの類似点や相違点を中心に調べ、ブレーンワールドとして自然な模型の構築を行った。他には2+1次元超対称ゲージ理論のドメインウォールと共存するようなボーテックスについてボーテックス-粒子対応を研究し、また2成分ボース・アインシュタイン凝縮体の渦の閉じ込めのダイナミクスの数値シミュレーションを行った。超流動現象などを記述する場の理論に存在する量子渦の新奇な性質を明らかにすることを試み、大きく以下の2つの新たな性質を明らかにすることができた。第1に、巻数の高い量子渦の動的安定性を調べ、無限に広い系であったとしても巻き数の高い渦は動的に不安定であることを示すことができた。これはトポロジカルに安定であってもエネルギー的に安定な量子渦の種類は大きく限定されることを意味している。第2に、2つの異なる種類の量子渦が結合して渦分子となるような系において、有限温度における渦分子の束縛ー乖離構造を調べた。渦分子が対称性を破る外場によって形成されるときには、渦分子の乖離がクロスオーバーによって、運動エネルギーのトポロジカルな構造によって形成されるときには、渦分子の乖離が相転移として現れることが明らかとなった。渦分子の束縛ー乖離構造はクオークの閉じ込めー非閉じ込めと同様の構造を持っており、閉じ込め転移の理解に重要な知見を与えることが期待される。予定していた研究は8割程度遂行できたが、予定していなかった新しい研究が何件も実行できたため。例えば、2ヒッグスダブレット模型における宇宙紐とドメイン壁の解の構成などがそれにあたる。前年度に引き続き2成分ボース・アインシュタイン凝縮体の渦の閉じ込めのダイナミクスを調べ、特にQCDの閉じ込め問題と比較することで閉じ込め現象のダイナミカルな側面を通常のアプローチとは全く異なる視点から研究する。また2ヒッグス・ダブレット模型模型におけるトポロジカルな宇宙紐に加えてモノポールなどを調べることで、2ヒッグス・ダブレット模型に存在するトポロジカルソリトンの宇宙論的なインパクトを調べる。この2ヒッグス・ダブレット模型のヒッグスセクターはQCDの高バリオン密度極限で実現するカラー超伝導相とよく似ているため、高密度QCDにおいても同様の位相的ソリトンの存在を調べ、そのようなトポロジカルな配位に特有の現象を見出す。またこれまでの研究成果を整理・総括し、今後の研究の発展につなげる。中性子星内部の超流動のような、内部自由度を持ち、トポロジカルな超流動の渦に対し、そのトポロジカルな性質および平衡状態における相転移現象に対する量子渦の影響を調べる。また、平衡状態にとどまらず、回転下における渦運動や、熱流があるときの相転移界面の運動、量子渦の複雑な時空間構造によって実現される量子乱流状態を調べ、中性子星の観測結果に対する中性子星のさらなる理解を深める。中性子3P2超流動の渦状態の相図をGinzburg-Landau理論の枠内で決定する。同様の渦状態の解を準古典近似で構成する。3P2超流動の基底状態に現れる3重臨界点の臨界指数を調べる。また、基底状態がサイクリック相やフェロ相になる条件を調べる。3P2相の境界の効果を調べる。それらの中性子星への応用を議論する。1. 1+1次元の2重井戸型とsine-Gordon型を複合した模型において真空と偽真空を繋ぐソリトンのダイナミクスの詳細を数値的に調べ、ソリトンの融合や消滅など興味深い運動を起こすことを発見した。2. II型セミローカルボーテックスは不安定であることが知られているが、U(1)ゲージ対称性を破るヒッグスポテンシャルとして一般的なものを考えると、セミローカルボーテックスの分極が生じ、その結果ボーテックスが安定化されるという新しい安定化の機構を発見した。また分極のメカニズムについて定性的な考察だけでなく数値計算を用いて定量的な評価を行い、模型のパラメータと分極度の関係性を明らかにした。3.コヒーレント結合した2成分のボース・アインシュタイン凝縮において、渦の分子のダイナミクスとコンファインメントを数値的に調べ、QCDとの類似性を指摘した。4.内部自由度を持つ2次元系において、系が持つトポロジカルな性質と2次元系特有の相転移であるBerezinskii-Kosterlitz-Thouless転移との関係を解明すべく研究を行った。平衡状態の相転移において、自由エネルギーの定量的な振る舞いは全く関係なく、系のトポロジーという非常に普遍的な性質のみで決まるということを、具体的な系として成分間のコヒーレントな結合を持つ2成分ボース・アインシュタイン凝縮を用いて明らかにした。5.中性子星内部、特に3P2状態と言われる状態において実現する量子渦の構造を解明すべく研究を行った。その結果、系が持つ内部自由度、特にそのトポロジカルな性質によって非常に多彩な空間構造を持ちうることを明らかにした。研究計画にあった内容は八割方遂行できた。さらに研究計画になかった新しい研究も進んでいる。9.の(1)(3)などがそれにあたる。ジョセフソン結合する空間

2次元の2成分ボース・アインシュタイン凝縮体に対し、量子渦対および量子渦分子対の束縛・乖離に伴うBerezinskii-Kosterlitz-Thouless転移の詳細を調べた。その結果、量子渦分子は転移を与えるのに対し、量子渦対は従来の転移を引き起こすことはなく、熱力学的にはクロスオーバーとなることが分かった。2成分ボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)の半整数量子渦の閉じ込めと分裂のダイナミクスの詳細を数値的に調べ、QCDの閉じ込めと非常によく似た現象が起こることを示した。複数のマヨラナ・フェルミオンがリング状に結合している系で、非局所的なゼロエネルギーマヨナラ・フェルミオンが現れる条件と超対称性を議論し、実験方法を提案した。有限区間に閉じ込められたフェルミオン系の自己無頓着な厳密解を導き、相互作用を調整するとカシミール力が正にも負にもなりうることを発見した。また位相的ソリトンによるダイナミカルなブレーンワールド模型としてSU(5)統一理論の構成に成功した。調和ポテンシャルで捕捉されたBECの系に存在する変形共形対称性とその系の有質量モードとに強い関係性がある事を議論し一般化することで、それを様々な系に応用した。高階微分項を考えることによって現れるゴーストモードを相殺する仕組みを超対称性理論の枠組みにおいて提案した。二つの端を有する有限線分上のLarge-N CP^Nシグマ模型において質量ギャップ方程式の解を定性的及び数値的に求めることで真空の構造を調べた。予定していた研究はすべて遂行出来た。さらに、予定外に新しい研究も開始することができた。例えば、トラップされた冷却原子における変形された共形対称性とその自発的破れによる南部ゴールドストーンモードの研究、超対称理論におけるゴーストの研究などがそれにあたる。素粒子物理については素粒子標準模型を超える「新物理」としてヒッグス場を複数個に拡張する2Higgs doublet模型およびブレーンワールド模型について研究を行った。前者については、これまでよく調べられてこなかった位相的なnon-Abelian宇宙紐とドメインウォールの解の構成並びにそれらが与える現象論的インパクトについて詳細な研究を行った。後者については、ブレーン上のボゾニックなギャップレスモードについてフェルミオンとの類似点や相違点を中心に調べ、ブレーンワールドとして自然な模型の構築を行った。他には2+1次元超対称ゲージ理論のドメインウォールと共存するようなボーテックスについてボーテックス-粒子対応を研究し、また2成分ボース・アインシュタイン凝縮体の渦の閉じ込めのダイナミクスの数値シミュレーションを行った。超流動現象などを記述する場の理論に存在する量子渦の新奇な性質を明らかにすることを試み、大きく以下の2つの新たな性質を明らかにすることができた。第1に、巻数の高い量子渦の動的安定性を調べ、無限に広い系であったとしても巻き数の高い渦は動的に不安定であることを示すことができた。これはトポロジカルに安定であってもエネルギー的に安定な量子渦の種類は大きく限定されることを意味している。
極微構造エレクトロニクスに関する研究

本研究は昭和57年度から59年度までの3年間に極微構造の基礎理論、結晶成長とデバイス基礎特性、材料処理技術、材料加工及び極微構造エレクトロニクスの応用の各分野の研究者間に情報交換と共同研究の場を提供し極微構造エレクトロニクスの基礎を確立するために総合的研究を行なうことを目的として推進されてきた特定研究「極微構造エレクトロニクス」の各研究班で得られた研究成果を総括し、和文および英文の成果報告書にとりまとめた。これによって成果を社会に還元して新しい極微構造エレクトロニクスの実現に先導的役割を果した。(1)和文成果報告書の出版:昭和57年度から昭和59年度までの3年間に推進してきた特定研究「極微構造エレクトロニクス」の研究成果を中心にして和文成果報告書をまとめることにより広く国内の研究者に情報交換と研究の活発化に役立てた。(2)英文成果報告書の出版:本特定研究の研究成果は国際的視野から見ても先導的立場にあり外国の研究者から高く評価されている。この事情をかんがみ本特定研究の成果を英文で出版した。(3)総合シンポジウムの開催:本特定研究においても過去3年間できるだけ広く研究成果を社会に還元するため、出版物とともに研究会(年3回)も研究グループ以外の研究者にも門戸を開いて全体としての研究水準高揚に役立ってきた。これらの成果を総合的にまとめ新しく得られた知見と今後の問題点を中心に討議・検討するために総合シンポジウムを開催した。
出芽酵母を用いた26Sプロテアソームの構造と機能の分子解剖

26Sプロテアソームは、20Sプロテアソームと制御因子(19SRP)から構成される。19SRPはさらに2つのサブコンプレクス、リッド(Rpn3、Rpn5、Rpn6、Rpn7、Rpn8、Rpn9、Rpn11、Rpn12、Sem1)とベース(Rpt16、Rpn1、Rpn2、Rpn13)に分けることができる。それぞれの複合体のサブユニット組成は明らかにされたが、これらの多数のサブユニットがどのような順番で、また、細胞内の何処で集合して26Sプロテアソームが完成されるのかについては未だ不明の点が多い。本研究課題ではリッド遺伝子Rpn5、Rpn6、Rpn7、およびベース遺伝子Rpn2の温度感受性変異体を作成し、これらの変異体が制限温度下でどのようなプロテアソームを形成するかを調べることにより、リッド、ベースよび19SRP複合体がどのように形成されるかを解明することを目的とした。rpn7変異体とrpn6変異体の解析から、Rpn5、Rpn8、Rpn9、Rpn11の4ポリペプチドがコアとなってリッドの集合が細胞質で行われることが示された。この部分的な複合体は核に輸送されない。rpn5変異体では、予想通り、部分的な複合体は一切形成されない。リッドが全く形成されないrpn5変異体の中でもベースは正常に作られ、核に輸送されていた。ベース遺伝子の一つRPN2の温度感受性変異体はベースを形成しないが、野生型と同じサブユニット組成のリッドを形成し、そのリッドは核に局在した。野生型では、ベースとリッドは独立に存在せず、19SRPが形成される。これらの結果を総合して、26Sプロテアソーム構築のシナリオを提唱した。プロテアソームは生物に普遍的に存在する巨大な蛋白質分解酵素である。活性中心を含む基本構造が20Sプロテアソームであり、7つのサブユニットからなる二種のリングαとβがαββαの順に積み重なったシリンダー状構造をしていることが知られている.原核生物のプロテアソームでは、αリングを構成するサブユニットおよびβリングを構成するサブユニットはそれぞれ1種であるのにたいして、真核生物では、7種の異なったサブユニットが一つのリングを形成している。真核生物のプロテアソームの特徴は、20Sプロテアソームのシリンダー構造の一つあるいは両方の端に19S RPとよばれる調節因子が会合し26Sプロテアソームを形成することがプロテアソームの機能に必須であることである.26Sプロテアソームがユビキチン・プロテアソーム系の蛋白質分解マシンとして働く.本申請課題の目的は出芽酵母を用いて26Sプロテアソームの生物学意義を明らかにすることであるが、短期目標として、19S RPの集合機構の解明を掲げている.特に、これまで未解析のサブユニットの機能を明らかにするために、その遺伝子の温度感受性変異体を分離し、制限温度でのサブユニットの集合状体を解析することにより、サブユニットの会合の順序を解明することを目指している.本年度はRPN7とRPN6について解析した。RPN11-3FLAG rpn7-3変異体を制限温度下に6時間おいた後、細胞抽出液を調製しゲルろ過したところ、野生型細胞には見られない複合体が形成されていることがわかった。

野生型細胞抽出液から抗Flag抗体で免疫沈降する蛋白質複合体は26Sプロテアソームであるのに対して、rpn7-3変異体細胞から同様の処理によって得られる複合体は19SRPの一部のサブユニットから成るもので、その組成を明らかにした、Rpn5,Rpn6,Rpn8,Rpn9、およびRpn11であった。RPN11-3FLAG rpn6-1で同様の実験をおこなったところ、Rpn5,Rpn8,Rpn9、およびRpn11から成る複合体が得られた.Rpn9は無くても細胞は生育できるので、中心的なサブユニットはRpn5,Rpn8,およびRpn11であると考えられる.rpn5温度感受性変異体を調べたところ、複合体の形成が見られなかったことは、上の考えを支持している。今後、rpn8およびrpn11についても同様の解性を行う.サブユニットの会合が細胞内の何処で行われるかを明らかにするためにGFP融合サブユニットを用いて局在の解析も進行中である.26Sプロテアソームは真核生物で高度に保存された蛋白質複合体で、酵素の活性中心を含む20S-CP部分と調節因子19S-RPからなる。19S-RPはさらにベース(Rpt16、Rpn1、Rpn2、Rpn13)とリッド(Rpn3、Rpn59、Rpn11、Sem1)と呼ばれる蛋白質複合体からなる。本年度はリッドの構成成分の一つRpn6とRpn5について集中的に解析した。Rpn5に対する抗体を作成した。RPN6とRPN5について、クローニングした野生型遺伝子を基に、PCR法を用いて変異を誘発し、温度感受性変異rpn6-1、rpn6-2とrnp5-1変異を得た。これらの変異体が制限温度下でどのようなプロテアソームを作るかを調べたところ、rpn6変異体はRpn5、Rpn8、Rpn9、Rpn11の4サブユニットからなる部分複合体を形成するが、rpn5-1株は制限温度下でこのようなサブユニットの複合体を形成しなかった。これは、Rpn5がリッド形成の中核となることと調和する。ベースの構成成分の一つであるRpn2の温度感受性変異株についても調べた。Rpn2変異体は制限温度下で、ベースの形成はできないが、リッドの形成はできた。一方、rpn5-1変異株は制限温度下でベースを形成することができた。この結果から、ベースとリッドは互いに独立に集合し、その後19S-RPを形成することが分かった。
ドキソルビシン・リポソームの対流強化輸送法への応用

抗癌活性を持つ薬剤の脳内局所投与の臨床応用にあたって、「投与薬剤の脳内における分布の把握」および「霊長類における投与薬剤の最大耐用量の把握」は重要な課題である。本年度も昨年度より引き続きドキソルビシン含有高分子ミセルおよびガドリニウム含有高分子ミセルを用いて、脳内の薬剤分布の解析および脳毒性の解析を行った。(1)脳内薬剤分布の解析:正常カニクイザルの脳内にCED法によりドキソルビシン含有高分子ミセルを投与し、投与量(Volume of infusion : Vi)に対する分布容積(Volume of distribution : Vd)の関係を解析した。薬剤分布はガドリニウム含有高分子ミセルを混じることでMRIを用いて薬剤注入と同時にリアルタイムで行った。前年度の結果と同様、Viと直線的な比例関係のVdが得られ、追加して行った3回の薬剤注入によって算出されるVd/Vi ratioは3.27(range 2.45-4.03)であった。この結果により薬剤注入量によって薬剤分布がある程度制御可能であることが明らかとなった。(2)脳毒性の解析:本年度は薬剤分布のマーカーとして用いるガドリニウム含有高分子ミセルの毒性を主に解析した。前述の脳内薬剤分布の解析と同様に正常カニクイザルの脳内にCED法により1mMガドリニウム含有高分子ミセルを投与し、その後、カニクイザルの神経学的異常の有無・体重減少の有無等の観察を行った。薬剤注入の2週間後および半年後に安楽死させ病理組織学的な脳毒性の解析を行った。病理切片はHE染色の他にGFAP、NFP、S-100、およびKB染色を行い評価した。結果、経過観察中にガドリニウム含有高分子ミセルを投与されたカニクイザルは神経脱落症状や体重減少なく経過し、病理組織学的に異常所見は呈さなかった。この結果によりガドリニウム含有高分子ミセルによって安全に薬剤分布のモニタリングが可能となり、高分子ミセル抗癌剤の薬剤分布モニタリングに応用できる可能性が示唆された。抗癌活性を持つ薬剤の脳内局所投与の臨床応用にあたって、「投与薬剤の脳内における分布の把握」および「霊長類における投与薬剤の最大耐用量の把握」が重要と考えられる。本研究はConvection-enhanced delivery(CED)法を用いたDrug delivery system製剤の脳内局所投与の安全性評価を目的とする。計画当初はドキソルビシンリポソームを使用する予定であったが、より粒径が小さく薬剤放出性に優れるドキソルビシン含有高分子ミセルを用いて実験を行った。(1)脳内薬剤分布の解析:正常カニクイザルの脳内にCED法によりドキソルビシン含有高分子ミセルを投与し、投与量(Volume of infusion: Vi)に対する分布容積(Volume of distribution: Vd)の関係を解析した。薬剤分布はガドリニウム含有高分子ミセルを混じることでMRIにて薬剤注入と同時にリアルタイムで行うとともに、ドキソルビシンの発する蛍光色素を利用し組織学的に評価した。結果、Viと直線的な比例関係のVdが得られ、MRIで計測したVdと組織学的に計測されたVdはほぼ一致した。また、リポソーム製剤のVdと遜色のない薬剤分布が得られた。(2)Doxilの脳毒性の解析:前述の脳内薬剤分布の解析と同様に正常カニクイザルの脳内にCED法によりドキソルビシン含有高分子ミセルを投与し、その後カニクイザルの神経学的異常の有無、体重減少の有無等の観察を行った。ドキソルビシンの投与濃度はラットにおけるパイロットスタディの結果を参考に決定した。結果、ドキソルビシン濃度0.5mg/ml以上において意識障害・麻痺の出現を認め、最大耐用濃度は0.5mg/ml以下と想定された。ドキソルビシン含有高分子ミセルに混じた1mMガドリニウム含有高分子ミセルによる毒性は認められなかった。

結果、経過観察中にガドリニウム含有高分子ミセルを投与されたカニクイザルは神経脱落症状や体重減少なく経過し、病理組織学的に異常所見は呈さなかった。この結果によりガドリニウム含有高分子ミセルによって安全に薬剤分布のモニタリングが可能となり、高分子ミセル抗癌剤の薬剤分布モニタリングに応用できる可能性が示唆された。
^<31>P-MRS法による骨格筋エネルギー代謝の評価および筋トレーニングに関する研究

健康な成人男性を被験者とし、^<31>P-NMRスペクトル法により、各種条件下での運動時骨格筋エネルギー代謝応答および筋トレーニングが骨格筋エネルギー代謝に及ぼす影響を検討した結果、以下のことが認められた。・負荷漸増に伴い、筋細胞内pHは最大運動負荷の約57%(pH値で6.9)付近から急激な低下を示し、筋細胞内pH閾値の存在明らかとなった。また筋電図積分値閾値および換気性無酸素的作業閾値は、筋細胞内pH閾値と有意な正の相関が認められ、筋のエネルギー代謝動態の変換点を推測する有効な指標であることが明らかとなった。・低筋温条件では、無酸素的エネルギー供給を主とする運動において、筋細胞内pHはコントロール条件より有意に高い値を示し、低筋温によって骨格筋に解糖系エネルギー供給能が抑制されることが認められた。また、W-upを行うと、最大下運動時の筋細胞内pHがコントロール条件より有意に高い値を示し、W-upにより筋の酸化的燐酸化が促進され、運動がより有気的エネルギー供給条件下で遂行されるようになることが明らかとなった。・3040%MVC強度の有酸素的持久トレーニングの結果、トレーニング後最大下同一作業時の筋細胞内pHの有意高値とPi/PCr比の有意な低下が認められ、トレーニングにより筋の酸化的燐酸化能が向上し、運動をより有酸素的エネルギー供給条件下で遂行できるようになり、持久性パフォーマンスの向上は、トレーニングによる筋の酸性化遅延と平行することが認められた。・高強度の筋パワー・トレーニングでは、有酸素的運動負荷においては筋エネルギー代謝パラメータに有意な変化は認められなかったが、無酸素的運動負荷において%PCrのトレーニングによる有意な高値が認められ、パワー・パフォーマンスの向上は、ATP-PCr系エネルギー量の増加、あるいは解糖的燐酸化能の向上によるものと推察された。P^^<31>-MRS法による、運動時筋エネルギー代謝(酸化能力と解糖系能力)特性の評価方法を検討するため、以下の実験を行なった。健康な成人男性6名を被験者とした。運動様式としては肘屈曲運動を用い、5分間の最大下動的運動(25%MVC、反復回数30回/分)と、疲労困憊に至るまでの最大静的肘屈曲運動(50%MVC、肘角度90度)の2種類の運動を、常温下、筋クーリング下、およびW-up条件下の3条件下で負荷し、上腕二頭筋よりP^^<31>-NMRスペクトルを測定した。P^^<31>-NMRスペクトルからは、%PCr、Pi/PCr及び筋細胞pHを算出した。その結果、有酸素的運動テストである最大下動的肘屈曲運動においた、常温と筋クーリング下の間には筋の燐代謝に有意な差は見られなかったが、W-up条件下のPi/PCr比および筋細胞内pHは常温下より高い値を示した。一方、無酸素的運動テストではある最大静的肘屈曲運動では、筋クーリング条件下では常温下に比べてパフォーマンスの低下と高い筋細胞内pHが認められた。W-upは筋温を高める効果があり、筋エネルギー代謝の酸化能力の効率を改善するとされている。一方、低筋温条件下の運動では、筋の解糖系エネルギー代謝が抑制されることが知られている。平成6年度の研究結果より、筋の酸化能力及び解糖系能力の定性的評価は、P^^<31>-NMRスペクトル解析からPi/PCr比、%PCr及び筋細胞内pHのより検討できることが示唆された。