hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ガロア点を用いた射影多様体の分類理論と新展開

ガロア点を用いた射影多様体の分類、ガロア点と他分野との関係の創出、という2つの目的のもと研究を行なった。平面曲線に対するガロア点の存在はその曲線の対称性を表現していると考えられる。山形大学大学院生の東根一樹氏と共同でGiulietti-Korchmaros曲線に対するP^3内の「ガロア直線」配置を完全決定した。Giulietti-Korchmaros曲線をP^2に射影した標準的な平面モデルについても、ガロア点の配置を完全決定した。特に、曲線上に非特異でガロア点となるものがq+1個あることがわかった。また、東根一樹氏と「商曲線がガロア点を複数もつ」判定条件を見出した。著者は2016年に「ガロア点を複数もつ」判定条件を見出した。この判定条件を満たす例をみつけることで多くの例を構成してきたが、統一的な観点が必要であると思われた。すでに構成した例をみるなかで「ガロア点を複数もつという性質が商曲線に落ちるべき条件があるのではないか」と考えた。これを定式化した結果といえる。この結果をGiulietti-Korchmaros曲線とSkabelund曲線(の商曲線)に適用し、さらなる例を構成することに成功した。サンパウロ大学のHerivelto Borges氏とFrobenius nonclassical曲線のガロア点配置を考察した。特に2つの素数べきに関してFrobenius nonclassicalであるという"double-Frobeniusnonclassical"曲線に関して、ガロア点配置を完全決定した。特に2つの特殊な状況においては、ガロア点がFq有理点と一致することを示した。この結果は著者が2016年の論文で提出した問題に否定的解答を与えるものであり、その問題をより的確なものに修正することができた。射影空間内の点Pが超曲面Cに対するガロア点であるとは、点Pからの射影が呈する関数体の拡大がガロア拡大となるときに言う。標数が零のとき、曲線上のガロア点の個数の上限は4と予想されている。有理曲線という限定的な場合を除いておく。このときさらに平面曲線が「はめ込みでない」ときには、上限「2」を与えた。従ってこの予想を示すには、平面曲線をはめ込み曲線と仮定してよい。さらに曲線の次数dが偶数である場合には、上限が「5」以下であることを示した。さらにいくつかの状況下、特にd-1が2でも3でも割れない場合には、予想が正しいことを示した。詳細は省くが、曲線の外のガロア点に関しても類似の結果が得られた。これまでの個数上限に関する結果として三浦敬氏の「d-1が素数」の場合があり、それを大幅に拡張したといえる。ガロア点に関する「超平面切断定理」は特異点集合の余次元が2以上の場合に著者と高橋剛氏により得られていたが、これを「次元の仮定なし」に拡張した。それにより、以前得ていた「ガロア点が次元分存在する超曲面の分類」の証明を簡素化することができた。代数曲線に対して「ガロア点を複数もつ(平面への)双有理埋め込みをもつ」ための必要十分条件を、関数体とその自己同型の言葉で与えた。この判定法を有理曲線と楕円曲線に適用することにより、ガロア点を複数もつ新たな例を少なくとも3例発見した。(本当は「5例」と言えると思うが、このうち3例は同一である可能性を消せていないため「少なくとも」と述べた。)特に、付随する群が同型でないガロア点を曲線上に2つもつ曲線の例を初めて与えた。研究実施計画に記述した課題「はめ込み平面曲線のガロア点分布」に関して、標数零の場合に、上記のように上限を与えることができた。さらに、はめ込みでない場合にはより強い結果が得られたため、標数零に関しては「計画以上に進展している」といえる。計画の段階では一般標数において上限を探る予定であったが、正標数においてはどの命題に注意が必要であるかが明確になった。「ガロア点を複数もつ」判定法は、ガロア点を複数もつ平面曲線の構成に役立つため、ガロア点の個数の上限を探る手がかりを与える。これは任意標数における進展である。全体(任意標数)としてはおおむね順調であり、標数零での計画以上の進展を含めて、上記のように評価した。射影空間内の点PがCに対するガロア点であるとは、点Pからの射影が呈する関数体の拡大がガロア拡大となるときに言う。前年に得られた「ガロア点を複数もつ平面への双有理埋め込みをもつ」判定法を利用して、有理曲線、Deligne-Lustzig曲線(に属するHermitian, Suzuki, Ree曲線)、(ある種の)Artin-Schreier曲線という3つの系統についてガロア点を複数もつ双有理埋め込みを構成することができた。有理曲線については、脇克志氏(山形大学)の協力を得て「4種」発見した。脇氏には計算機探索をお願いした。その探索で得られた結果を手計算に落とし、計算機を必要としない証明をつけることもできた。Artin-Schreier曲線については、山形大学院生の東根一樹氏との共同研究により得られた。

後者2つの結果により、Hennの(大きな自己同型群をもつ曲線の)分類リストに現れる4種の曲線すべてについて、ガロア点を複数もつ双有理埋め込みが存在することを示すことができた。以上によりガロア点を複数もつ平面曲線が新たに「10種」発見された。他方、2つの外ガロア点が生成する群に注目し、バジリカータ大学(イタリア)のPietro Speziali氏と共同研究を始めた。2つの外ガロア点をもち、それに付随する2つの群による生成群が位数d^2の半直積であるとき、その平面曲線の定義方程式を2種に分類することができた。ひとつはフェルマー曲線であり、もう一つは高橋剛氏が考察した曲線x^d+x^(d/2)+y^d=0である。非特異平面曲線の準ガロア点については、その個数の評価をよりシャープにすることができた。中心課題「はめ込み平面曲線のガロア点分布」に関連して、ガロア点を複数もつ曲線の上記10種の例の構成は「順調な進展」といえる。Speziali氏との共同研究においては「群」への制約を利用して代数曲線を特徴づけた。当初計画では「個数」(だけ)に注目するつもりであったため、予期せぬ進展を含みこの点については進捗状況の判定が難しい。この2つを合わせた部分は「順調な進展」と判断した。また、準ガロア点の個数についても「順調な進展」と判断できる。脇氏と発見した例は、前年度に得られた判定法が大きく関係している。この判定法は有理曲線の場合には、完全に「群論」の言葉で表現することができる。代数学の中という小さい境界ではあるが「群論と代数幾何の分野横断研究」と言え、目的のひとつである「ガロア点と他分野との関係」の一つの達成といえる。Deligne-Lusztig曲線というクラスに属するHermitian, Suzuki, Ree曲線については、これらの有理点とそれに作用する有限群(PGU、Suzuki群、Ree群)を利用して平面への双有理埋め込みを構成した。「有理点と群」が関係しており、「他分野との関係」のひとつの達成といえる。さらに、これらは極大曲線(Hasse-Weil上限に到達する曲線)の理論で重要視されており、今回の結果はガロア点理論における極大曲線の扱い方のひとつを提唱する成功例である。Hermitian, Suzuki曲線と東根氏との共同研究で扱ったArtin-Schreier曲線は大きな自己同型群をもつ曲線として知られており、Hennの分類した4種がこれらに含まれる。「ガロア点と大きな自己同型群」の関係が見出された点は注目に値する。以上を「他分野との関係」については「計画以上の進展」と判断した。以上を総合的に評価し、「計画以上に進展している」と判断した。ガロア点を用いた射影多様体の分類、ガロア点と他分野との関係の創出、という2つの目的のもと研究を行なった。平面曲線に対するガロア点の存在はその曲線の対称性を表現していると考えられる。山形大学大学院生の東根一樹氏と共同でGiulietti-Korchmaros曲線に対するP^3内の「ガロア直線」配置を完全決定した。Giulietti-Korchmaros曲線をP^2に射影した標準的な平面モデルについても、ガロア点の配置を完全決定した。特に、曲線上に非特異でガロア点となるものがq+1個あることがわかった。また、東根一樹氏と「商曲線がガロア点を複数もつ」判定条件を見出した。
超臨界流体乾燥による多孔体の製造

多孔体として液相法で合成したシリカアルコゲルを用い、超臨界二酸化炭素により乾燥実験を行い以下の知見を得た。異なる大きさの試料を用いて、様々な条件(温度,圧力,CO_2流量,減圧速度等)で実験を行うことで最適な操作条件について研究し、またゲル試料に損傷を及ぼす原因について検討を行った。この結果、昇圧,加熱,流通,減圧での各段階における最適操作条件が明らかになった。また乾燥の際、あるいくつかの条件では溶媒相に現れる非平衡界面がゲルにクラックを発生させる原因となることが分かった。本研究ではこの界面領域が温度,圧力の操作条件によって界面領域の色の濃さに違いがあることを発見し、化学ポテンシャルを用いて理論的な相関に成功した。操作圧力を増加させることによりゲルの乾燥時間を短縮できるが、温度については乾燥時間にあまり影響を及ぼさないことがわかった。また、試料の厚さを大きくすると、乾燥における全ての段階でそれぞれの操作時間が長くなることが分かった。次に超臨界乾燥プロセスの途中で3種のmethylmethoxysilaneを用いてゲル表面のシラノール基の疎水化の検討を行った。まず疎水化剤+二酸化炭素系の相平衡を測定し、疎水化剤の添加量と実験条件を検討した。疎水化処理の効果を試料の水分吸着量を測定することで評価したところ、超臨界流体中で疎水化したエアロゲル試料は、液体中で疎水化処理を行った試料を超臨界乾燥したものに比べて高い疎水性を示した。多孔体として液相法で合成したシリカアルコゲルを用い、超臨界二酸化炭素により乾燥実験をおこなった。1溶媒の相平衡関係と多孔体中での溶媒の拡散速度についての検討平成8年度に予定している超臨界疎水処理に使用する疎水化材+二酸化炭素系の相平衡を測定した。これにより疎水化処理実験の条件検討が可能になった。なお、予定していた二酸化炭素+エタノール系の相平衡関係は文献値が入手できたので測定は行わなかった。2乾燥時の収縮やクラックに関する検討乾燥実験の際、加圧,加熱,流通,減圧,冷却の各操作段階での操作変数の変化速度を種々変えて、窓付き高圧容器を用いた相挙動や試料の状態の観察,抽出ガスの組成分析を行うことにより多孔体に収縮やクラックが発生する時期とその原因を検討した。その結果、各操作段階におけるクラックの発生の主要な原因は二酸化炭素とエタノールの濃度差に起因する物質移動応力,ゲル内外での温度差に基づく応力,メタノールの残留による毛細管吸引力であることが推察された。さらに、流通時に二酸化炭素の流量を大きくすると界面領域が発生し、これが試料を通過すると試料にクラックが発生することがわかった。3乾燥条件と細孔構造との関係の検討乾燥条件により多孔体の細孔構造が変化することが推定されたが、窒素吸着法により細孔径分布を測定したところクラック等が発生していない試料の場合、乾燥条件により細孔構造がほとんど影響を受けていないことが判明した。以上より、試料の大きさを考慮した最適操作条件の確立、試料を損傷させる原因の解明がほぼ達成されたといえる。異なる大きさの試料を用いて、様々な条件(温度,圧力、CO_2流量,減圧速度等)で実験を行うことで最適な操作条件について研究し、またゲル試料に損傷を及ぼす原因について検討を行った。

操作圧力を増加させることによりゲルの乾燥時間を短縮できるが、温度については乾燥時間にあまり影響を及ぼさないことがわかった。また、試料の厚さを大きくすると、乾燥における全ての段階でそれぞれの操作時間が長くなることが分かった。次に超臨界乾燥プロセスの途中で3種のmethylmethoxysilaneを用いてゲル表面のシラノール基の疎水化の検討を行った。まず疎水化剤+二酸化炭素系の相平衡を測定し、疎水化剤の添加量と実験条件を検討した。疎水化処理の効果を試料の水分吸着量を測定することで評価しところ、超臨界流体中で疎水化したエアロゲル試料は、液体中で疎水化処理を行った試料を超臨界乾燥したものに比べて高い疎水性を示した。
コガタルリハムシにおける精子形成促進因子の同定と機能解析

1、研究目的コガタルリハムシの精巣発育ならびに精子形成は,新成虫の段階において未発達であり,その後の長期成虫休眠期間中に温度の影響を受けて徐々に進行することが明らかにされている。しかし,その内分泌機構については,詳しく解明されておらず,世界的にみても昆虫の精巣発育と精子形成に関する知見が少ない。そこで,本種の特性を活かし,精巣発育の誘導あるいは精子形成の促進に関与しているホルモンや介在因子を同定することを目的に研究を進めてきた。2、研究方法(1)新成虫から取り出した未発達精巣を,無菌的に昆虫用培地で培養し,昆虫ホルモンの作用を確認した。(2)精子形成の発育ステージごとに個体から脳,体液,脂肪体,精巣などを分取し,それぞれの試料の粗抽出画分を得た。それらの精製物を幼若ホルモン類似物(JHA)処理で非休眠状態にした新成虫にバイオアッセイすることで,精巣発育と精子形成における効果を調査した。(3)(2)で得られた試料を電気泳動し,出現したバンドの雌雄差の比較を通して,雄の精子形成に関与していると考えられる因子を特定することにした。3、研究成果精巣発育における昆虫ホルモンの役割については,これまでのin vivoにおける研究成果を、in vitroにおいても精巣培養法によって確認し,特に幼若ホルモン(JH)の機能解明につながる成果をおさめることができた。また,精巣発育ならびに精子形成に関与していると考えられる介在因子の存在については,電気泳動やバイオアッセイから特定できなかった。しかしながら,精巣を取り巻く脂肪体の必要性が確認できたため,今後はさらに培養方法を確立させ,脂肪体を中心に促進因子の同定を進めていく方針である。
狂犬病ウイルスを用いた大脳皮質での立体視情報処理機構の解剖学的解明に関する研究

立体視に用いられる視覚情報は頭頂葉を中心とする背側経路で主に処理されると考えられてきた。近年、側頭葉を中心とする腹側経路でも情報処理が行われているとの報告があり、従来の枠組みを超えた視覚情報処理システムについての知見が得られてきている。しかしながらこれら複数の領域にまたがる2つの経路の機能連関については、未だ明らかになっていない点が多い。本研究では霊長類であるマカクサルを対象とし、神経生理学的及び狂犬病ウイルスを用いた神経解剖学的手法を駆使した統合的アプローチを用いて大脳皮質における立体視情報の視覚処理システムにおける機能連関の解明を目指した。結果、背側経路に位置するMTと腹側経路に位置するV4とが異なった階層に位置する可能性があること、MT、V4共に外側膝状体との間に"バイパス"経路が存在する可能性があること、V4は背側・腹側経路の双方の入力を受けていることが示唆された。平成19年度は当初の目標の通りに、まず対象動物であるサルの頭部に慢性細胞活動記録用チャンバーを取り付ける手術を2頭に行った。同時に、サルに提示する視覚刺激の作成を行った。視覚刺激としては、サルの眼前57cmに置かれたモニター上に赤色の光刺激を提示するものと、その光刺激が色々な速さで8方向に動くような視覚刺激を用意した。実験中はサルの眼球運動測定装置を用いて眼球運動をモニターしながら通常の細胞活動記録装置より単一細胞を単離したのちに光刺激を提示し、細胞活動を測定することによりその細胞の受容野及び特性を測定した。細胞活動記録を丹念に行うことにより動きの認知に関わると言われているMT(middle temporal area、V5)領域を同定した。受容野を測定している間に細胞が中心視野に応答するか、周辺部視野に応答するかも同時に調べた。その上で二種類の蛍光色素(ファルトブルー、ジアミジノイエロー)をそれぞれ中心視野及び周辺視野に各々注入した。さらに狂犬病ウイルスを中心視野及び周辺視野に個体を変えて注入した。一頭のサルについては脳標本を作製し、MT領域への注入が間違いなくなされていることを解剖学的に同定した。また、MT領域からの結合についても狂犬病ウイルス及び蛍光色素でラベルされた細胞を数える、及び重なりを調べることにより検討を加えている最中である。今現在、蛍光色素にて同定されるMT領域と他の領域との一次結合については、大脳皮質、外側膝状体を含めて既に他の研究グループによりなされている先行研究と同じ結果が得られている。今後は本研究の特徴である狂犬病ウイルスにより同定された越シナプスラベルの細胞を解析することにより、新しい知見を調べていく予定である。平成20年度は昨年度に実施したMT領域(middle temporal area)への狂犬病ウイルス及び蛍光色素注入の結果解析を行った。それにより外側膝状体とMT領域が単シナプス結合よりも二次シナプスによる結合を多数持っているという知見が得られた。この傾向は周辺視野及び中心視野ともに同様であった。一方立体視の情報処理システムには背側視覚経路に含まれるMT領域のみではなく、腹側視覚経路の情報も必須である。そこで、MT領域の対照として腹側視覚経路に含まれ、同じ階層にあるとされるV4領域にも蛍光色素、及び狂犬病ウイルスを注入する実験を2頭のマカクサルを用いて行った。脳標本を作製しV4領域への注入が問題ないことを確認した上で、外側膝状体での定性解析を行った。興味深いことにV4領域と外側膝状体との間には単シナプス結合、二次シナプス結合が殆ど存在しないという知見が得られた。更に1頭のマカクサルを用いてV4領域と外側膝状体との3次結合を調べた。定性解析の結果V4と外側膝状体とは3次シナプス性結合をしていることが分かった。このMT領域、V4領城と外側膝状体との結合に差が存在することは新しい知見であり、今後更にもう一頭のマカクサルを用いてV4領域と外側膝状体との3次結合が間違いないことを確認した上で定量解析を行い論文としてまとめることを来年度の目標とする。

本研究では霊長類であるマカクサルを対象とし、神経生理学的及び神経解剖学的手法を駆使した統合的アプローチを用いて大脳皮質における立体視情報の視覚処理システムの機能連関の解明を目指した。背側経路の一部を構成するMTと腹側経路を構成するV4を電気生理学的に同定した後、蛍光色素及び逆行性トレーサーである狂犬病ウイルスを注入した。狂犬病ウイルスを注入し、生存期間を変化させることにより、2次ニューロン結合、3次ニューロン結合を解析した。MTに狂犬病ウイルスを注入した場合ではV1の4Cα層と2次ニューロン結合が認められた。一方、V4に注入した場合にはV1の4C層とは2次ニューロン結合が認められず、3次ニューロン結合がV1の4Cα、4Cβ双方の層に認められた。さらに外側膝状体との結合を調べた所、MTとは二次ニューロン結合が認められ、V4とは三次ニューロン結合が認められた。MT、V4いずれに注入された場合も外側膝状体で標識された細胞は(M)層、(P)層双方に認められた。V4とV2とのニューロン結合を検討した所、背側経路に位置すると考えられるV2のthick stripeとも二次ニューロン結合が認められた。以上の結果よりMTとV4とが背側・腹側経路の中で異なった階層に位置する可能性があること、MT、V4共に外側膝状体との間に"バイパス"経路が存在する可能性があること、V4は背側・腹側経路の双方の入力を受けていることが示唆された。
多変量同時推測問題における理論と応用の総合的研究

多変量同時推測問題における統計的諸問題について,理論と応用の立場から総合的に議論を行い,研究者間の相互の情報交換を行うことによって研究の促進を図った.これらの研究の結果は,2004年度,2005年度の統計連合大会,2004年1月に開催したシンポジウム「多変量統計モデリングとその周辺」,2005年1月のシンポジウム「多変量同時解析モデルと関数データ解析の応用」,2005年11月のシンポジウム「多変量同時解析モデルと関数データに関する研究会」にて報告した.多重比較の問題については,統計連合大会で「企画セッション」のオーガナイズを行い,研究の推進を図った.仮説検定における過誤の確率をコントロールするのに重要な役割を演じるFDRの提唱者である,Benjamini教授を招聘して,多重検定の際のBenjamini-Hochbergプラグイン手法およびその応用上の問題を深く掘り下げて議論を行うことができた.関数データ解析の問題については,歩行の動画像データを分析することにより,手足の協調作業として行われる歩行運動は多重性の問題が重要であり,普通の歩行と急ぎの歩行で歩幅,手足の振り方に大きな差があることが統計的に確認された.脳画像のデータ解析では最大輝度分布と多重性およびランダムフィールドのシミュレーションに関して研究を行った.画像が十分に広い領域で,かっ,適当なスムージングが行われていれば,理論的にはオイラー標数法が有用である.しかしながら,有限領域ではオイラー標数法をそのまま適用することはできず,補正が必要であり,また,スムージングの方法にも大きく依存することが判明した.これらの結果を,実際の画像データに適用し,調整がどのくらい必要なのかについても比較検討を行った.また,これらまでの研究成果を,本研究課題における初期の重要な目的の1つであった,MCP2005(多重比較国際会議:上海)に日本代表として積極的参加して発表を行うことができた.多変量同時推測問題における統計的諸問題について,理論と応用の立場から総合的に議論を行い,研究者間の相互の情報交換を行うことによって研究の促進を図った.これらの研究の結果は,2004年度,2005年度の統計連合大会,2004年1月に開催したシンポジウム「多変量統計モデリングとその周辺」,2005年1月のシンポジウム「多変量同時解析モデルと関数データ解析の応用」,2005年11月のシンポジウム「多変量同時解析モデルと関数データに関する研究会」にて報告した.多重比較の問題については,統計連合大会で「企画セッション」のオーガナイズを行い,研究の推進を図った.仮説検定における過誤の確率をコントロールするのに重要な役割を演じるFDRの提唱者である,Benjamini教授を招聘して,多重検定の際のBenjamini-Hochbergプラグイン手法およびその応用上の問題を深く掘り下げて議論を行うことができた.関数データ解析の問題については,歩行の動画像データを分析することにより,手足の協調作業として行われる歩行運動は多重性の問題が重要であり,普通の歩行と急ぎの歩行で歩幅,手足の振り方に大きな差があることが統計的に確認された.脳画像のデータ解析では最大輝度分布と多重性およびランダムフィールドのシミュレーションに関して研究を行った.画像が十分に広い領域で,かっ,適当なスムージングが行われていれば,理論的にはオイラー標数法が有用である.しかしながら,有限領域ではオイラー標数法をそのまま適用することはできず,補正が必要であり,また,スムージングの方法にも大きく依存することが判明した.これらの結果を,実際の画像データに適用し,調整がどのくらい必要なのかについても比較検討を行った.また,これらまでの研究成果を,本研究課題における初期の重要な目的の1つであった,MCP2005(多重比較国際会議:上海)に日本代表として積極的参加して発表を行うことができた.本研究では多変量同時推測の中で多重比較とその関連分野の総合的研究を主題として定期的な会合,および海外の研究者の来日に合わせてトピックス的に重要な問題を扱って議論を行った.本年度は多重比較の新たな展開を図ると同時に,多重比較の研究について啓蒙活動を行い,2006年を目標としてmultiple comparison conferenceの国際会議開催または日本国内の研究者の積極的な会議への国際貢献を行うために会合を持った.以下具体的に活動内容をあげる.(1)SICによる多変量多重尺度パラメータ推測に関する研究(2)統計的多重比較法研究の最近の動向に対する報告(3)遺伝子データ解析における多重比較の問題(4)関連論文の紹介および議論(5)ランダムフィールドと多重比較の問題(6)科研費シンポジウム1年目は経過報告に述べたように、主として多岐の分野にわたる多重比較および多変量同時推測に関して,メンバーおよび来日した海外の研究者に報告していただき,問題意識と今後の研究の方向性について確認した.また,研究の輪を広げるべく,統計関連学会連合大会で共通テーマとして「多重比較法研究の最近の動向」に関するセッションを開くことができ,統計関連学会関連分野の研究者と研究討論ができた.さらに,同時推測問題の応用研究および新しい問題の探索研究として「歩行データ」の多変量的特徴の研究を開始すべく,動画像データを取得した.本年度も昨年に引き続き,多変量同時推測の中で多重比較とその関連分野の総合的研究を主題として,シンポジウムや統計関連学会への「企画セッション」のオーガナイズ等による積極的参加を行ない,研究の推進を図った.また,多重比較の中で,仮説の検定の過誤の確率をコントロールに重要な役割を演じるFDRの提唱者である,Benjamini教授を招聘して,多重検定の際のBenjamini-Hochbergプラグイン手法およびその応用上の問題を深く掘り下げて議論を行なうことができた.以下具体的な活動内容をあげる.

(1)動作分析における多重性の問題(2)関数データ解析におけるパーミュテーション検定の利用(3)脳画像解析における最大輝度分布と多重性およびランダムフィールドのシミュレーションに関する研究(4)多重比較法における検出力とサンプルサイズの設計(5)非劣勢,同等性,優越性検証を統合する多重決定方式(6)2処置間の有意性を比較するための郡逐次検定(8)傾向性仮説の下での郡逐次検定を用いた多重比較法これらの研究は,統計関連学会やシンポジウム,西東京統計研究会などを通じて研究報告を行なった.多重性の問題は古典的な多重比較の問題だけでなく,DNAの解析や脳画像解析におけるリスポンス曲面のノンパラメトリック推定の問題で基礎理論として重要であり,実用化手法の構築に向けて研究を進めている.本年度も昨年に引き続き,多変量同時推測の問題における多重比較とのその関連分野を中心に総合的研究を主題として,シンポジウムを開催した,また,本研究課題の初期の重要な目的の一つであった,MCP2005(多重比較国際会議)に日本の代表として積極的に参加し,この分野の研究者との研究交流を行うことである.この国際会議は2005年,8月17日・8月19日に上海でFudan大学の共催の下に開催され,本研究グループの主要なメンバーが参加し,研究発表を行うことができた.テーマは以下の通りであった.1.マイクロアレーデータの解析における多重性の問題2.臨床試験における多重性の問題3.FDRにおける最近の研究の動向4.安全性データ解析5.回帰分析における多重比較6.ステップワイズ検定7.大規模な多重性の問題8.MCPの理論9.ベイズ流FDR10.アイソトニック回帰11.量反応関係のモデリング12.ゲノム解析におけるMCPの応用本研究代表者は主として大規模な多重性の問題に関しての,画像データの解析における多重性の問題として定式化し,正規確率場のノイズが入ったデータから多重性を調整して復元する方法について,シミュレーション研究を行って考察を行った.画像が十分に広い領域で,かつ,適当なスムージングが行われていれば,理論的にはオイラー標数法が有用である.しかしながら,有限領域ではオイラー標数法の補正が必要であり,また,スムージングの方法にも大きく依存することが判明した.これらの結果を,実際の画像データに適用し,調整がどのくらい必要なのかについても比較検討を行った.
ヒト胚性幹(ES)細胞から造血幹細胞への分化誘導

申請者は臍帯血CD34陽性細胞を用いて、ヒト造血細胞移植の系を確立した。最もヒト血液細胞の生着の良いNOGマウスを用いて、少数(10^4個前後)の臍帯血由来CD34陽性細胞を移植すると、最大で90%以上のキメリズムが得られる系が確立できた。この条件下で、まず遺伝子操作を行わないヒトES細胞由来の造血前駆細胞10e6前後を移植したが、末梢血及び骨髄内での明らかな生着は確認できなかった。次に造血幹細胞の自己複製を規定する遺伝子群を同定するため、文献学的考察から得られた約30種類の候補遺伝子群をレトロウイルスベクターを用いて同時に強制発現させ、NOGマウス体内でのin vivo screeningを行った。しかし、トータル8回の施行を行ったが、マウス体内での造血幹細胞誘導には至らなかった。一方申請者は様々な細胞ソースからiPS細胞を誘導する技術を確立し、異なるソース間のiPS細胞の血液細胞への分化能力を比較したところ、造血幹・前駆細胞由来iPS細胞は明らかに血液細胞への分化指向性を有していることを見出した。iPS細胞由来造血前駆細胞を用いて血球コロニーアッセイを行ったところ、増殖・多分化性の高い混合コロニーやBurst Erythroidコロニーを得られる頻度は、皮膚由来iPS細胞と比較し、数十倍高かった。分化指向性の原因として、造血幹・前駆細胞由来iPS細胞は血液細胞の遺伝子発現、メチル化状態など一部の記憶を残している可能性が示唆された。そこで現在はDNAメチル化アレイ、ヒストンメチル化アレイ、及び発現アレイを組み合わせることで、分化指向性を誘導している原因を解析中である。さらに造血幹・前駆細胞由来iPS細胞は造血幹細胞の記憶を残している可能性を検証するため、血液細胞へ分化誘導後にNOGマウスへの移植実験を行っている。造血幹細胞移植の発達に伴い、白血病を含む今まで難性であった血液疾患に対する治療が格段に進歩してきた。しかし、従来の骨髄移植は慢性的なドナー不足により、主要組織抗原(HLA)非適合での移植が余儀なくされる事も多く生着不全やGVHDの増加の原因となっている。ヒトES細胞は未分化状態で無制限に増殖可能であり有力な造血幹細胞移植のソースとなり得る。さらに近年ヒト誘導型多能性幹細胞(iPS細胞)が樹立されたことで、自己またはHLAの一致したドナー由来の体細胞から、拒絶を受けない造血幹細胞を誘導できる可能性が示された。造血幹細胞である事を実験的に証明するには、致死量の放射線照射し、骨髄を破壊したマウスにドナー細胞を移植することで長期にわたり各血球系が再構築される事を示さなければならない。そこで申請者は、ヒトES細胞から造血幹細胞を誘導する遺伝子群を同定するため、複数の候補遺伝子群をレトロウイルスベクターを用いて同時に強制発現させ、ヒトES細胞からの造血幹細胞誘導を目指した。昨年度までに、NOGマウスを用いて、少数(10^4個前後)の臍帯血由来CD34陽性細胞が生着できる系を確立できた。この条件下で、ヒトES細胞由来の造血前駆細胞を移植したが、生着は確認できなかった。平行してレトロウイルスを用いて、数種類の遺伝子をヒトES細胞由来造血前駆細胞に導入する系の開発を試み、複数の遺伝子を同時に導入する系を確立した。文献学的考察を基に約30種類まで、候補遺伝子を導入するレトロウイルスの作成まで終了している。さらにヒト皮膚細胞に4遺伝子(Oct3/4、Sox2、K1f4、c-Myc)または3遺伝子(c-Myc以外)を導入し、ヒトiPS細胞を作成し、ヒトES細胞と同様の系を用いて、多系統の血球細胞へと分化可能な血液前駆細胞の誘導にも成功した(未発表データ)。今後拒絶の受けない造血幹細胞誘導を目指して、ヒトiPS細胞由来の造血幹細胞誘導も目指していく予定である。

そこで現在はDNAメチル化アレイ、ヒストンメチル化アレイ、及び発現アレイを組み合わせることで、分化指向性を誘導している原因を解析中である。さらに造血幹・前駆細胞由来iPS細胞は造血幹細胞の記憶を残している可能性を検証するため、血液細胞へ分化誘導後にNOGマウスへの移植実験を行っている。
隣接したイオン間の遷移を含めた衝突輻射モデルの開発

従来衝突輻射モデルは水素(又は水素様イオン)を基にして考えられてきた。即ち水素Hの基底状態1sからの電離しつつある成分とイオン化したH^+イオンからの再結合成分とに分離し水素の占有密度を議論することが出来る。この場合は束縛電子が一個のみであるため電離した状態H^+では電子がなく裸のイオンとなりイオン化した場合の励起状態を考えなくて良いのでシンプルに記述できる。しかしながらプラズマ中で実際に存在する多電子系イオンA^<z+>を考える場合はイオン化した状態A^<(z+1)+>にも励起状態がありその存在は無視することが出来ない。イオン化した励起状態も含めた多電子系イオンに対する衝突輻射モデルの定式化は現在ではまだ出来ていない。電離されたイオンA^<(z+1)+>の励起状態を考えないまでもイオンA^<z+>の励起状態の下には常に二電子励起状態が存在する。二電子励起状態を含めた衝突輻射モデルの定式化もまだされていない。又時間依存の非平衡電離再結合過程に対して従来は基底状態のみを考慮する準定常状態を仮定する場合が多かったがトカマク程度の電子密度でも準安定状態(metastable state)を無視する事が出来ない場合があり準安定状態を含む時間依存非平衡電離の定式化も問題である。本研究は上記の問題を解決する目的で以下の研究を行った。しかしゴールはまだ遠くさらなる研究が必要である。1)プラズマからのスペクトル線への準安定状態の影響2)励起状態への二電子性再結合速度係数3)再結合プラズマでのスペクトル線強度及び放射損失の温度及び密度依存性4)太陽フレアー及び短パルスレーザーからの時間依存X線スペクトル5)局所熱平衡の近くでの線形応答関数従来衝突輻射モデルは水素(又は水素様イオン)を基にして考えられてきた。1)プラズマからのスペクトル線への準安定状態の影響2)励起状態への二電子性再結合速度係数3)再結合プラズマでのスペクトル線強度及び放射損失の温度及び密度依存性4)太陽フレアー及び短パルスレーザーからの時間依存X線スペクトル5)局所熱平衡の近くでの線形応答関数1)ダイバータ-プラズマからのBe様イオンCIIIのスペクトル線強度の計算。JT60等のダイバータ-プラズマでは炭素のL殻イオンCII,CIII及びCIVからのスペクトルが測定されている。単純な電離過程を取り入れたモンテカルロ計算でBe様イオンであるCIIIのスペクトル線強度が測定と合わないと言う報告がある。これらのスペクトル線強度を準安定状態を含めた非平衡電離衝突輻射モデルによりモデル計算を行った。この結果Be様イオンの場合は準安定状態の占有密度がCIIからの内殻電離によって効率的に作られQuasi steady stateのモデルによる計算よりも準安定状態の占有密度がさらに大きくなりこの効果を考慮すれば測定値を説明できる事が解った。2)OVの三重項のスペクトル線強度比。実験室プラズマからOVの三重項のスペクトル線2s3s^3S_1-2s3p^3P_Jが測定された。。これらのスペクトル線強度比によりプラズマ診断を試みたが理論値との一致が得られなかった。原因はまだはっきりしていないが原子データまたはモデルのせいと考えられる。3)太陽フレア-X線スペクトル解析。人工衛星Yohkohにより太陽フレア-からのHe様Fe,Ca,SイオンX線スペクトルが観測され電子温度、emission measureの時間変化が得られている。i)プラズマ中の電離度の時間変化ii)太陽フレア-での元素組成について調べた。結果はイオン比が電離平衡に無く電離プラズマである事を示していた。スペクトル線の強度と連続光の強度の比からスペクトル線を発生しているイオンの密度と水素の密度との比を得ることが出来る。イオン分布が電離平衡にあれば電離平衡を仮定して得られた比から元素の密度と水素の密度との比が得られる。しかし前述したように太陽フレア-では必ずしも電離平衡になっていないと考えられるデータが多く時間変化を注意

深く調べながら元素組成を求める必要がある。4)再結合過程を取り入れたBe様イオン衝突輻射モデルの作成。5)Be様イオンの励起状態への二電子性再結合過程を計算し衝突輻射モデルに取り入れた。1)時間依存X線スペクトルの解析i)太陽フレア-X線スペクトル。人工衛星Yohkohにより太陽フレア-からのHe様Fe,Ca,SイオンX線スペクトルが観測されX線スペクトルより電子温度、電子密度、イオン温度、イオンの密度比等の時間変化を得た。特にプラズマ中の電離度の時間変化と太陽フレア-での元素組成について調べた。イオン比が電離平衡に無く電離プラズマである結果が得られた。スペクトル線の強度と連続光の強度の比からイオンの密度と水素の密度との比を得ることが出来る。イオン分布が電離平衡にあれば電離平衡を仮定して得られた比から元素組成が得られる。しかし前述したように太陽フレア-では必ずしも電離平衡になっていないと考えられるデータが多く時間変化を注意深く調べながら元素組成を求める必要がある。今年度はこれらの観測結果を基にフレア-の中に物質の流れある時間依存のモデルを考えた。このモデルにより定性的にイオン比の時間変化を説明できることが分かった。ii)レーザープラズマからの時間依存X線スペクトル。超短パルスレーザーにより生成されたAlのプラズマから測定されたX線スペクトルの時間的な強度変化を説明するためにイオンの時間依存生成を計算した。この時電離、再結合及び励起速度係数の電子密度効果を取り入れ計算を行った。又プラズマパラメーターの変化を表すのに断熱膨張によるモデルを用いた。この結果H様イオンに対しては説明できるがHe様イオンに対しては時間変化が説明できないことが分かった。今後何故説明できないかを調べていく予定である。2)再結合過程を取り入れたBe様イオン衝突輻射モデルの作成。Be様イオンの励起状態への二電子性再結合過程を計算し衝突輻射モデルに取り入れた。二電子性再結合により2snl準位より2pnl準位の方が多く占有密度が増える事が明らかになった。又再結合によるカスケードの影響も調べた。3)炭素原子及びイオンに対するデータベース。イオンの各励起状態への二電子性再結合速度係数の理論計算を行い使いやすいようにfittingを行いデータをそろえた。1)時間依存X線スペクトルの解析太陽フレアーX線スペクトル。人工衛星Yohkohにより太陽フレアーからのHd様Fe,ca,SイオンX線スペクトルが観測されX線スペクトルより電子温度、電子密度、イオン温度、イオンの密度比等の時間変化を得た。特にプラズマ中の電離度の電離平衡値からのずれと時間変化について調べた。今年度はこれらの観測結果を基にフレアーの中に物質の流れある時間依存のモデルを考えた。
京都郊外の「野」における風景の歴史的展開と持続性に関する研究

本研究では、京都郊外の野における具体的な風景づくりの事例調査を通じて、各対象地での様々な景観形成と、人々の風景に対する価値評価の歴史的展開を追いながら、各時代の景観資産が現代まで保たれてきた要因と、その要因となった創造的な景観計画の意匠の実体を明らかにすることを目的とする。平成20年度においては、(1)嵯峨野における風景の成立と歴史的展開からみた風景の持続性については、文学の作品や絵画を資料として、風景の価値づけの歴史的展開を明らかにし、風景の価値づけと景観創造との関連を考察し、風景の持続性とその要因を考察した。平成21年度においては、(2)平安京郊外の別業における地形囲繞の景観構造とその意味について、標高データから作成した3次元CGを用い、地形と見えとの関係や領域性の分析と、文学作品の分析と通じた景観的意味の分析をあわせて考察した。(3)江戸期文人の山荘にみる視点場の創造とその意図について、3次元地形モデルを用い、その地形特性・景観特性を利用した見えの操作手法・工夫を考察した。同時に、文人の残した手記をもとに、風景の評価と山荘創造の意図について考察した。(4)京都の山裾地形上の庭園における風景の見せ方について、地形スケール、敷地スケール、建築スケールの風景の見せ方の三層構造に着目し、敷地周辺の地形のもつ景観的特性をどのようにいかして敷地デザイン、建築・造園デザインが行われたかを考察した。以上の(1)(4)の研究成果を博士論文に取りまとめた。本研究では、京都郊外の野における具体的な風景づくりの事例調査を通じて、各対象地での様々な景観形成と、人々の風景に対する価値評価の歴史的展開を追いながら、各時代の景観資産が現代まで保たれてきた要因と、その要因となった創造的な景観計画の意匠の実体を明らかにした。本研究の成果は以下の通りである。(1)京都・嵯峨野を対象に、平安時代以降の文芸に現れる象徴的な風景表現や、紀行文等にみる人々の風景の鑑賞方法についての分析を通じて、風景の発達プロセスについて明らかにした。さらに、近世後期から近代にかけての名所の再興における空間づくりの経緯と意図を明らかにし、また、近代以降の嵯峨野の土地利用等の物理的環境の変容過程を明らかにすることで、嵯峨野における風景の持続性を評価し、その要因を明らかにした。(2)平安京郊外の別業における地形囲繞の空間的構造について、標高データから作成した3次元CGを用いて、地形と見えとの関係および領域性の分析を行った。さらに、文学作品の風景記述の分析を通じて、その景観的価値について考察した。(3)江戸期文人の山荘にみる視点場の創造とその意図については、3次元地形モデルを用い、その地形の景観的特性を利用した見えの操作手法・工夫を考察した。さらに、文人の残した日記などの風景記述の分析を通じて、その景観的価値について考察した。(4)京都の山裾地形上の古庭園における眺望景観の特性について、敷地周辺の地形のもつ景観的特性をどのようにいかした敷地デザイン、建築・造園デザインが行われていたかを考察した。
フォトサーマル・フルイディクスの原理開拓とナノバイオ応用

ナノ粒子集合系内部の電子励起状態の集団モードの特性を光発熱効果を通じて「マクロな流れ」に変換するための原理解明とナノバイオ分野への応用を目指した。球殻状金属ナノ粒子集積構造体の分散液に卵白と卵黄それぞれの希釈分散液を添加してレーザー照射することで、構造体中の局在表面プラズモンの協力効果で増強した光発熱効果により、含まれるタンパク質を熱凝固して迅速に検出できる可能性を示した。特に、各試料中の成分に依存してバブル発生や熱凝固に要する時間も異なることを示した。また、金ナノ粒子を内包した有機ナノカプセルの分散液にレーザーを照射することで、狙った場所に高密度集積するための条件も明らかにした。流体中に分散したナノ粒子集合系内部の電子励起状態の集団モードの特性を、光発熱効果を通じて「マクロな流れ」に変換して機能性界面を形成するための原理を解明することが目的であり、熱応答性の被検出物質の分析法開発や、ドラッグデリバリーシステム(DDS)等のバイオ応用等への展開も目指している。初年度は予備的実験の成果を発展させ、常温水中に分散した球殻状銀ナノ粒子集積構造体にレーザーを照射した際に光誘起力でトラップされた構造体を核としてサブmmオーダーの巨視的なバブルと激しい対流が発生することを詳細な観察により明らかにした。特に、この取組により、フラクタル状の銀ナノ粒子の集積構造体である「プラズモニック・ベシクル」の形成可能性を示唆し、バブルの生成過程を熱力学的理論を援用して解析し、初期の膨張過程では分散媒である水が蒸発して水蒸気となりサイズ増大に寄与した可能性が高いことを示した。さらに、このような高い光発熱効果を示す球殻状銀ナノ粒子集積構造体の濃度を変えて、卵白の主成分であるアルブミンを添加した実験も行ったところ、高濃度の場合の方が早くレーザースポット近傍で熱凝固が起こり、数秒程度でpgオーダーの微量検出ができる可能性を示唆した。さらに、異なる種類のタンパク質を含む実サンプルで、熱凝固の仕方に差異が見られることを明らかにし、フォトサーマル・バイオセンサの基礎原理開拓に繋がる重要な知見も得られ始めている。この他、白色光を球殻状金ナノ粒子集積構造体を高密度集積した系にデフォーカスした状態で照射した場合に数分で70°C近くまで温度上昇する条件も明らかにした。加えて、スパッタリングで形成した光吸収性の薄膜にレーザー照射することで、有機分子の光集積にも成功し、DDS応用と関連したナノ材料の巨視的高密度集積化の原理構築に繋がる知見も得られ始めている。生体分子検出の課題に関して、実サンプルを用いた実験結果の吟味を行った。具体的には、アルブミンを主成分とする卵白と、リポビテリンを主成分とする卵黄を希釈した分散液に球殻状銀ナノ粒子集積構造体を導入してレーザー照射することで、マイクロ領域であっても卵黄の方が早く熱凝固することが明らかとなった。これは、熱応答特性の違いによって生体物質の種類の違いを検出できる可能性を期待させる成果である。さらに、水中に分散した球殻状銀ナノ粒子集積構造体にレーザー照射をすることでマクロな光誘起バブルが発生することは初年度に明らかにしていたが、その寿命が条件によっては30分以上に及ぶことを明らかにした。また、集積構造体の濃度によって、その安定性が変化することも分かった。これは本研究の目的の一つでもあった「プラズモニック・ベシクル」の安定化に向けた大きな前進であると考えている。さらに、金ナノ粒子を内包した有機高分子から成るナノカプセルの分散液にレーザー照射することで、狙った場所への高密度集積にも成功し、ドラッグ・デリバリーシステム(DDS)のハイスループット化に適用できる可能性を明らかにした。また、金ナノ粒子とマイクロ粒子の混合系にレーザー照射することで、マクロな集合体を形成できることも明らかにした。さらに、ポルフィリン系の分子を有機溶媒に分散した液滴を光吸収性基板上に滴下してレーザー照射した場合に、光誘起バブルの周囲に数十μm以上の大きさのマクロな結晶構造が形成して放射状に配列することも明らかにし、照射前に比べて光学的特性が明瞭に変化することも分かった。これらの成果は、主題でもあるフォトサーマルフルイディクスの新分野開拓に繋がる多数の重要な知見を与えるものであり、バイオ分析やDDS、化学合成など広範な分野への応用可能性と多大な波及効果を期待させるものである。『項目(A)金属ナノ粒子集積系でのプラズモニック発熱効果による光誘起流体効果の機構解明』、および『項目(B)光誘起バブル発生によるナノ材料の巨視的高密度集積化の原理構築】に関連して、初年度は「研究実績の概要」で述べたように光誘起バブルの成長過程に関する実験の進展が著しく、熱力学的理論を援用した理論解析も進めることができた。

また、『項目(C)巨視的界面の形成プロセスを利用した生体分子検出、新奇薬物搬送体の形成への応用」と関連して、計画の最終目標の一つである分析技術への応用に関しても熱凝固性タンパク質を用いた実験で迅速性・高感度の両方を兼ね備えたバイオセンサへの応用可能性を示せた点は特筆すべきである。さらに、現在開発中の光誘起力ナノ・メトロポリス法(LNMM)にこの熱力学的理論と流体力学的効果を取り入れたシミュレーション法の開発についても鋭意検討を進めており、原理の解明に向けた見通しは明るい。また、光吸収性のナノ薄膜にレーザー照射をして発生したバブル表面に有機分子の集積化できることを示し、DDS応用に向けたナノ材料集積に関する重要な知見を得ただけでなく、異種のマイクロ物質を混合した系で特徴的な配列構造を示す構造体が形成できる可能性を示す予想外の結果も得られ始めており今後の展開が期待される。※本課題と関連し、以下の受賞があった。<メディア発表>月刊「コンバーテック」2016年2月号.月刊「Solvisto」, 2015年5月号, p.30-31.日経産業新聞(8面)、他5件<受賞>若手講演ポスター賞、第75回分析化学討論会(2015年5月,於:山梨大学甲府キャンパス)受賞論文:「金属ナノ粒子-マイクロ粒子混合系における高速光集積現象と分析応用」発表者:宮井萌、山本靖之、西村勇姿、床波志保、飯田琢也[受賞者:宮井萌]光物性物理目的達成に向け、2年度の取組として、球殻状金属ナノ粒子集積構造体を用いた生体分子検出の課題に関しては、実サンプルを用いた場合についても詳細な検討を行いたいと考えている。また、白色光を用いた構成でも高い発熱効果を示す条件があることにも注目し、強集光条件での白色光による光誘起バブルの発生可能性についても探る予定である。さらにDDS応用を目指すに当たり有用と考えられている有機高分子から成るナノカプセルを高密度集積するための条件探索も重要課題であり、積極的に取り組みたいと考えている。溶媒の種類に関しても水以外に有機溶媒を用いた場合についても検討する。また、多数のナノ物質の光学応答を自己無撞着に評価しながら、それらが光照射下で熱源となった場合の流体効果についても検討して新奇理論手法を構築することで実験における最適条件の探索と、実験結果の解析を加速したいと考えている。【新聞・メディア発表】成果の一部[Nanoscale 7, 7580 (2015)]が日経産業新聞(2015/4/28)等で紹介された。
樹状細胞-T細胞相互作用における神経伝達物質の役割の解明とRA治療の新戦略

ヒト樹状細胞が神経伝達物質であるドパミンを合成・貯蔵し、抗原特異的な相互作用下でナイーブT細胞にドパミンを放出し、IL-6、IL-17産生を促すことを明らかにした。またヒト化RAモデルマウスにおいて、ドパミンD1様受容体阻害薬は滑膜炎を制御し、軟骨破壊も抑制することを明らかにし、ヒトの代表的な自己免疫疾患であるRAの病態形成においてもドパミン受容体シグナルが強く関与すること、またドパミンD1様受容体阻害はRAの治療にも応用可能であることが示唆された。神経伝達物質はリンパ球表面の受容体を介して免疫修飾作用を発揮する。脳内の主要な神経伝達物質であるドパミンは、D1D5までのサブタイプを持つ7回膜貫通型のGPCRを介してシグナルを転送する。我々はヒト単球由来樹状細胞もドパミンを合成・貯蔵し、抗原特異的な相互作用下で放出されたドパミンはナイーブT細胞表面のD1様受容体を介して、ヘルパーT細胞の分化バランスをTh2/Th17に偏向させることを明らかにした。関節リウマチ(RA)においても樹状細胞は関節内の抗原をT細胞に提示して病態形成の初期から重要な役割を果たすことから、我々はRA滑膜組織におけるドパミンの機能的役割を評価した。まず、RA患者由来滑膜組織において樹状細胞はドパミンを貯蔵していることを免疫化学染色で確認した。単球由来樹状細胞のD1様、D2様受容体を各阻害薬で阻害したところ、アロMLR評価系でナイーブCD4陽性T細胞は各々Th1、Th17に分化偏向した。SCID-huRAマウスに各阻害剤を投与し分離した組織において、D1様受容体阻害薬投与群では滑膜の退縮が顕著であったが、D2様受容体阻害薬群では軟骨破壊に加えて血管新生を伴う滑膜増生が顕著で、さらに血管周囲にはIL-17陽性細胞の高度の浸潤を認めた。RA滑膜組織におけるドパミン貯蔵樹状細胞の存在とSCID-huRAマウスに対する各受容体阻害剤の対照的な効果は、RAの病態形成におけるドパミンの機能的重要性と、RAの治療標的としての可能性を示唆した。
敗血症の新たな治療薬の開発；骨格筋におけるタンパク質のファルネシル化に着眼して

本研究の目的は、重症敗血症における骨格筋でのミトコンドリア機能障害の発生機序とそれに対するファルネシル化変換酵素阻害薬(FTI)の効果を解明する事である。それらを明らかにするための実験モデルとして、マウスのcecum ligation and puncture(CLP)モデルを用いた。シャムマウスと敗血症マウスの腹直筋及びヒラメ筋を電子顕微鏡で観察したところ、敗血症マウスでは明らかに形態異常(cristae構造の崩壊や巨大化)のあるミトコンドリアを観察することができた。また、敗血症マウスではシャムマウスと比較して、血中HMGB-1とミトコンドリアDNAの上昇を認めた。HMGB-1はDAMPs(aamage-associated molecular patterns)の一種として全身炎症反応を惹起する因子であると言われているが、近年血中に循環するミトコンドリアDNAもDAMPsとして炎症反応の波及に関与すると報告されている。我々のこれまでの実験結果より、敗血症刺激によって骨格筋のミトコンドリア機能障害がおき、破壊されたミトコンドリア内のミトコンドリアDNAが血中に流れ出て、DAMPsとして働き炎症反応を全身に波及させるのではないかと推測される。我々は過去の研究において、熱傷モデルマウスにおいて、FTIの投与は骨格筋のミトコンドリア機能を改善させることを示しており(Nakazawa.Sci Rep. 2017 Jul 26;7:6618)、同様の効果が敗血症マウスにおいても期待される。今後は敗血症マウスにFTIを投与することで、FTIが敗血症マウスにおいてもミトコンドリアの形態異常を抑制し、血中ミトコンドリアDNAの増加を予防することかどうか解析していく。当初の実験計画では、2年間で敗血症マウスのミトコンドリア機能障害に対するFTIの効果を解析するはずであったが、本研究に最適なCLPモデルマウスを作成するのみ時間を要したため、若干の遅れがある。しかし、CLPモデル作成後は順調に研究計画を遂行できており、延長させていただいた期間内実験は終了すると思われる。今後の予定としては、敗血症マウスにFTIを投与し、ミトコンドリアの形態変化や血中ミトコンドリアDNAへの影響を解析していく。現在、シャムマウス、敗血症マウスそれぞれに対してFTI投与群、非投与群の4群間でサンプル採取は出来ており、電子顕微鏡での観察および血中のDAMPs、ミトコンドリアDNA、乳酸値の測定を行う予定である。その後は、筋肉のサンプルを用いて蛋白質の定量解析を行う方針である。本研究の目的は、重症病態におけるミトコンドリア機能障害の機序とそれに対するファルネシル化変換酵素阻害薬(FTI-277)の効果を解明することである。まず我々が行ったのは、重症熱傷モデルを作成し、熱傷による骨格筋のミトコンドリアの形態の変化を電子顕微鏡を用いて観察した。熱傷モデルマウスの腹直筋では、巨大化し、Cristae構造の欠落したミトコンドリアが観察された。熱傷後よりFTI-277(5mg/kg、IP)を投与したマウスでは、熱傷に伴うミトコンドリアの形態異常は減弱されることを示した(Nakazawa.Sci Rep. 2017 Jul 26;7:6618)。この研究ではさらに、ミトコンドリア機能障害の発生機序として、HIF-1αやPKM2といった蛋白質の発現が増加していることから、組織の低酸素症が関与していることがわかった。また、この低酸素血症は酸素の供給不足ではなく酸素の利用障害(いわば偽性低酸素血症)が原因でおこることが推測された。また、この研究により、熱傷に伴うミトコンドリア障害に対してFTI-277が保護的な作用を示すことが証明できた。また、この実験において、FTI-277投与の安全性に関してもある程度証明することができた。次に、敗血症におけるFTI-277の効果を検討するために、cecum ligation and puncture(CLP)モデルマウスを作成した。本実験ではsurvival modelが必要となるため、CLP施行後の体重減少が20%以下となるように、虫垂を結紮する部位や穿孔させる穴の大きさを変化させることでことで敗血症の重症度を調節した。虫垂の盲端から1cmの部位を結紮し、21G針で穿孔部を作ることで、安定した敗血症モデルマウスの作成に成功した。安定した敗血症モデル作成に成功したことで、今後の実験では敗血症に合併するミトコンドリア機能障害に対するFTI-277の効果を検討していく予定である。当初の予定では、今年度中に敗血症モデルマウスのミトコンドリア機能障害の機序に関して、科学的な検討を行うことを目標としていた。しかし、敗血症モデルマウスの作成に予想以上に時間がかかった点と、熱傷モデルに伴うミトコンドリア機能障害へのFTI-277の効果を再度検証する実験を行ったため、当初の予定よりはやや遅れている。しかし、安定した敗血症モデルの作成に成功し、今後速やかに敗血症に対するFTI-277の効果の検証実験を開始できるため、実験の遅れは取り戻せるのではないかと考えている。