hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
排尿筋低活動の病態解明と求心性神経活動に着目した新規治療標的の探索

過伸展群では平均尿流率が低下し、膀胱重量が増大する傾向はみられたものの、最大排尿圧の低下や残尿量の増加、排尿効率の低下といった排尿筋低活動に特徴的と考えられる変化は認めなかった。また、膀胱内圧を一定に保てないラットが複数匹見られ、安定したモデル作成が困難だったため、実験条件を調節しても有意な差を持った機能障害を安定して作ることが難しいと判断した。続いて内腸骨動脈結紮によるモデルラットの検証を行った。麻酔下で両側の内腸骨動脈を剥離・結紮した。偽手術群を対照群として、術後28日目までの24時間排尿行動の経時的変化を評価した。術後28日までの間に、群間で排尿行動に有意な変化がみられると考えられる時期が同定できず、いずれの時期に検証を行っても、治療標的の探索、薬効評価を行うには適切な中等度の障害が出現するとは考えにくいとの結論に至った。したがって、今回の検討に用いた2つの病態モデルは、ヒトの排尿筋低活動の病態に近似したモデル動物として治療標的の探索、薬効評価を行うには適切なモデルとは言い難いと考えられた。新規モデル動物を確立することは非常に困難であり、近年骨盤神経を鉗子で一定期間把持することで、安定して排尿筋低活動モデル動物が作成されることが報告されているため(Eur Urol. 2018: 336-345)、今後は既報告で確立されたモデル動物を用いて、病態評価および治療標的の探索を行う方針である。平成30年度は、当初の計画に従って、膀胱過伸展モデルによるモデルラットおよび内腸骨動脈結紮によるモデルラットの作成を行い、引き続きこれらのモデル動物の排尿筋低活動モデルとしての妥当性を検証する。まず、24時間排尿行動の経時的変化と術後5日後の膀胱内圧測定を行い、薬効評価に適した程度の排尿筋低活動が安定して生じるかどうかを確認の上で、候補となったモデルに対して、摘出膀胱の等尺性収縮実験と病理組織学的評価を行い、偽手術群との差を評価する。その上で、膀胱および後根神経節におけるムスカリン受容体、ATP受容体、TRPチャネルファミリーのmRNAおよびタンパク発現の変化を評価する。さらに、伸展刺激や化学的刺激によって尿路上皮から放出される求心性神経作動物質の放出量をウッシングチャンバー法で定量し、比較する。これらの検討によって排尿筋低活動の病態との関連が疑われる受容体やTRPチャネル、神経伝達物質の特定を進めることで、治療標的の探索を進めていく予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
一次繊毛の膜輸送に関与する新規遺伝子の探索と機能解析

本研究では新規の繊毛関連遺伝子を同定しその機能を解析することで、繊毛の異常に起因する疾患の分子メカニズムの解明を目指した。新規の繊毛関連遺伝子の候補として低分子量GTPaseのRab-Likeファミリー(RabL2-RabL5)に着目した。これらの遺伝子をクローニングし実験を行った結果、RabL2がCentrosomal protein 19k Da(Cep19)と複合体を形成し、繊毛基部の基底小体に局在することを見出した。これらの結果といくつかの論文の情報から、RabL2-Cep19複合体は精子の鞭毛運動に関与していることが示唆された。ヒトの細胞には運動性繊毛と非運動性の繊毛(一次繊毛)が存在する。運動性繊毛(鞭毛)を持つ精子は鞭毛の運動によって卵子まで到達し受精する。男性不妊の原因として精子の運動に異常がある場合が多い。一次繊毛は、化学的シグナル、光刺激、機械刺激などさまざまなシグナルを感知する細胞のアンテナとしての働きを持っている。一次繊毛の異常は、嚢胞腎、網膜変性、内臓逆位、多指症、肥満、精神遅滞などさまざまな疾患の原因になる。本研究は新規の繊毛関連遺伝子を同定し、その機能を解析することで繊毛の異常に起因する病気の分子メカニズムの解明を目指している。低分子量GTPaseのRab-Likeファミリー(RabL2-RabL5)は繊毛の形成時に発現が上昇することや、繊毛・鞭毛を持つ生物種で保存されていることから、繊毛・鞭毛の形成やタンパク質輸送などに関与している可能性がある。そこでRab-Likeファミリーの遺伝子をクローニングしHEK293T細胞に発現させ、共免疫沈降法によって結合タンパク質の探索を行った。その結果、RabL2BがCentrosomal protein 19kDa(Cep19)と結合することを発見した。Cep19は中心体に局在するタンパク質として同定されていたが、その機能は不明であった。繊毛や鞭毛の機能調節に関与すると考えられるRabL2と中心体に局在するCep19との相互作用には重要な機能が隠されていると考えている。現在までに、Cep19のRabL2B結合領域と中心体局在領域を明らかにし、RabL2BとCep19が一次繊毛の基底小体で共局在していることを明らかにした。今後はRabL2B-Cep19複合体のエフェクタータンパク質の探索を行い、繊毛・鞭毛における機能解析を細胞と個体レベルで進めていく予定である。ヒトの細胞には運動性繊毛と非運動性繊毛が存在する。精子の運動に異常がある場合は男性不妊となることが多い。非運動性繊毛(一次繊毛)は、化学的シグナル、光刺激、機械刺激などさまざまなシグナルを感知する細胞のアンテナとしての働きを持っている。一次繊毛の異常は、嚢胞腎、網膜変性、内臓逆位、多指症、病的肥満、精神遅滞などさまざまな疾患の原因になる。そのため、繊毛の働きに関係する遺伝子を同定し、その働きを解明することは基礎生物学においてだけでなく医学的にも非常に重要である。繊毛の形成時にこれらの遺伝子発現が上昇することや、繊毛・鞭毛を持つ生物種で保存されていることなどから、新規の繊毛関連遺伝子ではないかと予想した。実際にRab-Likeファミリーの遺伝子をクローニングし培養細胞に発現させ局在を調べたところ、RabL2が繊毛基部の基底小体に局在することがわかった。次にRabL2結合タンパク質を探索した結果、Centrosomal protein 19k Da(Cep19)を見出した。Cep19遺伝子欠損マウスは精子鞭毛の運動異常と病的肥満の表現型を示すことが報告されている。これらの結果から、RabL2-Cep19複合体は鞭毛・繊毛の基底小体において重要な働きをしていることが示唆された。分子細胞生物学本年度は低分子量GTPaseのRab-Likeファミリー(RabL2-RabL5)の結合タンパク質の探索を共免疫沈降法を用いて行った。その結果、RabL2BがCep19と結合することを発見した。その後の実験によりCep19のRabL2B結合領域と中心体局在領域を明らかにした。また、RabL2BとCep19は一次繊毛の基底小体で共局在することから、一次繊毛の機能調節に関与するタンパク質複合体である可能性が高い。

したがって、本年度の目標であった新規の繊毛関連タンパク質の同定については達成できたと考えている。RabL2B-Cep19複合体の機能解析は次年度に行う予定である。Rab-Likeファミリーの実験と並行して、バルデービードル症候群の原因遺伝子であり、BBSome複合体のサブユニットであるBBS1とBBS2の結合タンパク質の探索を酵母2ハイブリッド法を用いて行った。今のところBBS1とBBS2に結合するタンパク質で繊毛の機能と関係があると考えられるタンパク質を同定できていない。しかし、BBSome複合体を形成する8つのサブユニット間の相互作用を共免疫沈降法によって総当たりで調べたところ、BBIP10がBBS4とBBS8の両方と結合するという、これまでに報告されていない相互作用を見出すことができた。当初の目的とは異なるが、BBSome複合体の構築メカニズムの解明につながる発見であると考え研究を進めている。本研究を行っている間に2つの論文が発表された。1つは突然変異マウスの不妊の原因がRabL2のD73G変異であることを発見したもので、もう1つは、Cep19ノックアウトマウスの精巣と精子が異常になることや肥満になることを示したものである。どちらも精子の運動異常という共通点があるが、なぜそのような異常が生じるかという分子メカニズムは全く解明されていない。本研究の実験結果と併せて考えると、RabL2とCep19が精子の運動において協調的に機能する可能性が高い。そこで、今後は精子の運動異常や肥満といった病態が引き起こされる分子メカニズムの解明を目指して以下に述べる実験を行う。1.RabL2のエフェクタータンパク質の探索と機能解析低分子量GTPaseは分子スイッチであるので、その機能を解明するためにはエフェクタータンパク質を同定することが必須である。GST-Cep19とHis6-RabL2を大腸菌で発現させ、複合体の状態で精製しアフィニティーカラムを作製する。エフェクタータンパク質の探索の材料にはマウス精巣から核除去後上清を調製して用いる。カラムから溶出した結合タンパク質は質量分析によって同定する。同定したタンパク質と一次繊毛との関係について分子レベルと細胞レベルの解析を行う。2. RabL2-Cep19複合体とエフェクタータンパク質のノックアウトフィッシュの作出と表現型解析繊毛病のモデル動物として有用なゼブラフィッシュとCRISPR/CAS9システムを利用し、RabL2、Cep19、エフェクタータンパク質のノックアウトフィッシュを作出する。KOフィッシュの精巣や精子の形態に異常がないかを観察し、精子の運動や受精能の有無について調べる。また、肥満になるかどうかを観察し、肥満になった場合には、摂食量、運動量、脂肪量、摂食ホルモンのレプチンなどの血中レベルの測定を行う。
神経軸索ガイダンス分子OLプロトカドヘリンの作用機構の解明

OLプロトカドヘリンはカドヘリンスーパーファミリーのなかでも特にユニークな細胞内構造を持っカドヘリンである。これまでに私は、神経回路形成期の軸索におけるOLプロトカドヘリンの分布を詳細に記述し、この分子の軸索走行への寄与を示唆する結果を得た。さらに我々のグループによるノックアウトマウス解析から、この可能性が証明された。そこで、OLプロトカドヘリンを介した軸索走行の制御機構の解明を目的として本研究に着手した。前年度までに、OLプロトカドヘリンの細胞内領域と相互作用する分子としてNap1及びCYFIPを同定し、その結合を生化学的に確認した。さらにNap1に対するモノクローナル抗体を作製し、この分子とOLプロトカドヘリンが葉状仮足において共局在することを確認した。Nap1及びCYFIPはWAVEを主とするいくつかの分子と複合体を形成し、葉状仮足形成を促進して、細胞運動を制御することが既に報告されている。今年度は、OLプロトカドヘリンとNap1との相互作用の生物学的意義を特定する目的で、OLプロトカドヘリン全長分子、もしくはNap1結合領域を欠損した変異分子を培養細胞に過剰発現させ、両者の違いを検討した。全長分子、変異分子は共に細胞境界面に濃縮する。これらの細胞におけるNap1の局在を調べた結果、全長分子を発現する細胞ではNap1が細胞境界面に誘導されること、変異分子ではこの誘導が見られないことが明らかになった。またこれらの細胞の動きをタイムラプス観察した結果、細胞同士が接着した条件下において、OLプロトカドヘリンが細胞運動を促進させる働きがあること、この活性にNap1との結合が不可欠であることがわかった。さらにこの活性の正体は、細胞境界面における骨格系の変化によるものであることが明らかになった。現在これらの内容を総括し、雑誌に投稿中である。OLプロトカドヘリンはカドヘリンスーパーファミリーのなかでも特にユニークな細胞内構造を持った、機能未知のカドヘリンである。これまでの私の研究結果から、OLプロトカドヘリンが神経回路形成期の軸索において顕著に分布していることが明らかになり、この分子が軸索走行や選択的束形成に重要な役割を果たしている可能性が強く示唆された。このことは並行して解析しているノックアウトマウスの表現型からも支持されている。OLプロトカドヘリンを介した軸索走行の制御機構を解明する目的で、OLプロトカドヘリンがどの分子とどのように相互作用して軸索走行を制御しているのかを明らかにしたいと考えた。今年度ははじめに、OLプロトカドヘリンの細胞内領域の一部分(この領域は他のいくつかのプロトカドヘリンとの間で保存された短いアミノ酸配列を含んでいる)と結合する候補の分子を、生後1日齢のマウスの脳の抽出液からGSTプルダウン法を用いて単離した。そしてこれら単離されたタンパクを質量分析法にて解析した結果、NAP1及びCYFIPが同定された。次のステップとして私は、NAP1とCYFIPが結合するOLプロトカドヘリンの細胞内領域を同定した。この領域は他のプロトカドヘリンとの間では保存されておらず、OLプロトカドヘリンに特異的であった。NAP1とCYFIPは、WAVEを主とするいくつかの分子と複合体を形成し、葉状仮足形成に関与することが既に報告されている。現在、NAP1及びCYFIPに対する抗体を作製しており、これらの材料及びRNAi法等の技術を用いて、OLプロトカドヘリンとNAP1-CYFIP-WAVEとの相互作用が、培養細胞の葉状仮足形成や神経細胞の軸索成長円錐の形成においてどのような機能的役割を担っているのかを解析する予定である。OLプロトカドヘリンはカドヘリンスーパーファミリーのなかでも特にユニークな細胞内構造を持つ、機能未知のカドヘリンである。これまでに私は、OLプロトカドヘリンが神経回路形成期の軸索において顕著に分布していることを記述し、この分子が軸索走行や選択的束形成に重要な役割を果たしている可能性を示した。OLプロトカドヘリンを介した軸索走行の制御機構・分子機序を解明することが本研究の目的である。前年度までに、OLプロトカドヘリンの細胞内領域と相互作用する候補分子を、GSTプルダウン法を用いて単離した。これを質量分析法にて解析した結果、NAP1及びCYFIPを同定した。これらは、WAVEを主とするいくつかの分子と複合体を形成し、葉状仮足形成に関与することが既に報告されている分子である。今年度は、得られた候補分子と、OLプロトカドヘリンとの相互作用を追加検証した。まず、培養細胞を用いた免疫沈降法により、両者の結合を生化学的に確認した。さらに、候補分子とOLプロトカドヘリンの細胞内における分布関係を解析するため、特にNAP1に対するモノクローナル抗体を作製した。そしてこれを用いた免疫染色により、培養細胞の葉状仮足(ラフリング面)におけるOLプロトカドヘリン及びNAP1の共局在を明らかにし、相互作用を組織学的に確認した。現在、OLプロトカドヘリンとNAP1との相互作用が担う役割を特定する目的で、OLプロトカドヘリン全長分子、または、NAP1との結合領域を欠損した変異分子を培養細胞に過剰発現させて、培養細胞のラフリング面における表現型の解析をしている。

さらに、NAP1ノックダウン条件下での表現型をも解析している。以上の観察結果を総括し、OLプロトカドヘリンの機能、及び分子機序に関するデータとして発表する予定である。OLプロトカドヘリンはカドヘリンスーパーファミリーのなかでも特にユニークな細胞内構造を持っカドヘリンである。これまでに私は、神経回路形成期の軸索におけるOLプロトカドヘリンの分布を詳細に記述し、この分子の軸索走行への寄与を示唆する結果を得た。さらに我々のグループによるノックアウトマウス解析から、この可能性が証明された。そこで、OLプロトカドヘリンを介した軸索走行の制御機構の解明を目的として本研究に着手した。前年度までに、OLプロトカドヘリンの細胞内領域と相互作用する分子としてNap1及びCYFIPを同定し、その結合を生化学的に確認した。さらにNap1に対するモノクローナル抗体を作製し、この分子とOLプロトカドヘリンが葉状仮足において共局在することを確認した。Nap1及びCYFIPはWAVEを主とするいくつかの分子と複合体を形成し、葉状仮足形成を促進して、細胞運動を制御することが既に報告されている。今年度は、OLプロトカドヘリンとNap1との相互作用の生物学的意義を特定する目的で、OLプロトカドヘリン全長分子、もしくはNap1結合領域を欠損した変異分子を培養細胞に過剰発現させ、両者の違いを検討した。全長分子、変異分子は共に細胞境界面に濃縮する。これらの細胞におけるNap1の局在を調べた結果、全長分子を発現する細胞ではNap1が細胞境界面に誘導されること、変異分子ではこの誘導が見られないことが明らかになった。またこれらの細胞の動きをタイムラプス観察した結果、細胞同士が接着した条件下において、OLプロトカドヘリンが細胞運動を促進させる働きがあること、この活性にNap1との結合が不可欠であることがわかった。さらにこの活性の正体は、細胞境界面における骨格系の変化によるものであることが明らかになった。現在これらの内容を総括し、雑誌に投稿中である。
未利用海藻資源を活用した新規養殖種の探索

近年,海苔養殖は海域の環境変動に対応できる新たな海苔の探索が急務であり,多様性に富む野生種が注目されている。本研究では,山口県瀬戸内海および日本海沿岸に生育する野生アマノリ類の分布を明らかにした。20112014年にかけて山口県内沿岸域94地点を調査し,このうち瀬戸内海側18地点,日本海側11地点を分析した。採集された葉状体は,形態観察とDNA分析により種判別を行った。山口県沿岸のアマノリ類は,9種と6タイプの未同定種が確認された。カイガラアマノリ,アサクサノリ,ウタスツノリは瀬戸内海のみ,ツクシアマノリ,オニアマノリは日本海のみ,マルバアマノリは29地点中21地点で確認された。海洋環境の変動により海藻養殖産業は逼迫した状態にある。本研究は,地域環境に対応し,地域に生育する未利用海藻資源を利活用するために,山口県内におけるアマノリ類を中心とした資源の探索と保存株の確立を行う。平成26年4月1日現在,山口県内94地点においてアマノリ類の生育調査を行い,採集および分譲により県内68地点のアマノリ類を収集できた。これらのうち,アマノリ類がまとまって生育していた瀬戸内海側および日本海側24地点約300サンプルについてDNAを抽出し,ミトコンドリア遺伝子領域を利用したPCRーRFLP法によるアマノリ類の種判別を行った。その結果,瀬戸内海側ではアサクサノリ(Pyropia tenera),カイガラアマノリ(Py. tenuipedalis),マルバアマノリ(Py. suborbiculata),ソメワケアマノリ(Py. katadae),マルバアマノリ(Py. suborbiculata)およびスサビノリ(Py. yezoensis)が生育していた。また,日本海側では,ツクシアマノリ(Porphyra yamadae),オニアマノリ(Py. dentata)およびマルバアマノリが生育していた。瀬戸内海側では絶滅危惧I種に分類されているアサクサノリやカイガラアマノリにおいて,これまで報告されていない新たな生育場所を発見することができた。また,マルバアマノリが瀬戸内海および日本海側の多くの地点から採集された。さらには,一部の希少種において保存株を確立した。一方で,PCR-RFLP法による種判別が困難な葉状体も確認された。日本海側においては,秋季から冬季にかけて同所的に生育するアマノリ類の種類が変化していることも示唆された。平成25年4月1日現在,山口県内87地点においてアマノリ類の生育調査を行い,採集および分譲により県内64地点のアマノリ類を収集できた。これらのうち,瀬戸内海側東部4ヶ所7地点80サンプルについてDNAを抽出し,ミトコンドリア遺伝子領域を利用したアマノリ類の種判別を行った。その結果,アサクサノリ(Pyropia tenera),マルバアマノリ(P. suborbiculata),ウタスツノリ(P. kinositae)およびソメワケアマノリ(P. katadae)が生育していた。これまでの研究により,日本海側では,ツクシアマノリ,オニアマノリ,マルバアマノリ,ウップルイノリなどの生育が報告されているのに対し,瀬戸内海側では生育種が異なった。絶滅危惧I種に分類されているアサクサノリは,県内ではこれまでに下松市笠戸島深浦でのみで確認されていたが,今回新たな生育場所を発見することができた。また,東北地方から北海道に分布しているウタスツノリが瀬戸内海で採集されたため,今後形態的特徴などさらに詳細に調べる必要がある。本研究は,地域環境に対応し,地域の未利用海藻資源を利活用するために,山口県内におけるアマノリ類を中心とした資源の探索と保存株の確立を行った。平成27年3月31日現在,山口県内94地点においてアマノリ類の生育調査を行い,県内68地点のアマノリ類を収集できた。これらのうち,アマノリ類がまとまって生育する瀬戸内海側18地点,日本海側11地点の計29地点の約350サンプルについてDNAを抽出し,ミトコンドリア遺伝子領域を利用したPCR-RFLP法によるアマノリ類の種判別を行った。

その結果,瀬戸内海側ではマルバアマノリ(Pyropia suborbiculata),スサビノリ(Py. yezoensis),アサクサノリ(Py. tenera),ソメワケアマノリ(Py. katadae),カイガラアマノリ(Py. tenuipedalis),ヤブレアマノリ(Py. lacerata),ウタスツノリ(Py. kinositae)が生育していた。また,日本海側では,ツクシアマノリ(Porphyra yamadae),オニアマノリ(Py. dentata),マルバアマノリが生育していた。瀬戸内海側では絶滅危惧I類のアサクサノリやカイガラアマノリの新産地を発見することができた。ヤブレアマノリやウタスツノリは瀬戸内海で初めて確認され,マルバアマノリが瀬戸内海や日本海側の多くの地点から採集された。さらに,日本海側においては,秋季から冬季にかけて同所的に生育するアマノリ類の種類が変化していることも示唆された。県内に分布するアマノリ類のうち,一部の希少種および有望種において保存株を確立した。一方で,PCR-RFLP法による種判別が困難な葉状体も確認され,形態学的・分子系統学的研究によるアマノリ類の多様性の把握と種判別技術の高度化が課題となった。水産植物学サンプリングに関しては,これまでに山口県水産研究センターとともに実施してきたアマノリ類の生育調査を踏まえると全調査地点が94地点,アマノリ採集地点が68地点となり,ほぼ県内全域を網羅することができた。また,アマノリ類がまとまって生育している瀬戸内海側および日本海側24地点約300サンプルについてDNAを抽出し,種判別を行うことができ,一部の希少種においては保存株を確立した。これまでの調査結果を踏まえて,希少あるいは有望なアマノリ類において保存株の確立を行える見通しがついた。サンプリングに関しては,今年度は海況の都合上,瀬戸内海が主となったが,20地点で行うことができた。これまでに山口県水産研究センターとともに実施してきたアマノリ類の生育調査を踏まえると全調査地点が87地点,アマノリ採集地点が64地点となり,ほぼ県内全域を網羅することができた。また,瀬戸内海側4ヶ所7地点80サンプルについてDNAを抽出し,種判別を行うことができた。今後は,種判別分析を進めると同時に,保存株の確立を行える見通しがついた。1)採集できたアマノリ類を用いて,形態およびDNA分析による種判別を実施し,県内におけるアマノリ類の分布の概要を明確にしていく。2)生育個体数が少ない種あるいは養殖候補種となり得る種については,保存株の確立を行う。3)今年度のアマノリ類の生育調査の結果,初秋から冬季にかけて種組成が変化していると思われる地点が見つかったことから,一部の海域においてはこの変化も追跡する。2)生育個体数が少ない種あるいは養殖候補種となり得る種については,保存株の確立を試みる。3)アマノリ類の生育調査が実施できていない県内の一部および日本海側で晩夏から初秋にかけて出現するアマノリ類について,分布調査と採集を行う。研究代表者の体調不良により参加予定であった学会への出席およびサンプリングを見合わせたため(東邦大学,東京湾)日本水産学会秋季および春季大会,日本藻類学会への参加・調査が実施できていない地点のアマノリ類の分布調査および採集。・日本海側で晩夏から初秋にかけて出現するアマノリ類の分布調査と採集。・これまでに採集できたアマノリ類の形態およびDNA分析による種判別・保存株の確立に向けた室内培養
全層雪崩発生の直前予測を可能にする新たな指標とその計測手法の確立

本研究は、全層雪崩が発生する斜面上の積雪底部において、積雪の密度・含水率、積雪中の物体にかかる応力、積雪底面から流出する水量と水質の変化を計測する手法を開発することで、グライドによって雪崩発生直前に変形・破壊に至る積雪層の性状変化を捉え、それらの変化と「雪崩発生のタイミング」「グライド速度の変化」との関係を解明することで、全層雪崩発生の危険度指標を提案することを目的とする。本年度は、積雪の性状変化に関する計測のうち、誘電式含水率計を用いた積雪の密度・含水率推定手法の確立と、ひずみゲージを用いた積雪中の物体にかかる応力の計測を実施した。前者については安価で小さい土壌用含水率計を用いて、新潟県魚沼市大白川における観測斜面の積雪底部における長期自動計測を行なうとともに、積雪用に開発された含水率計による計測値とのキャリブレーションのための積雪断面での計測も併せて実施した。後者については観測斜面上の灌木4本にひずみゲージを複数セット設置して、樹幹にかかる応力の変化を初冬から積雪期間を通して計測するとともに、傾斜計による樹幹傾斜変化の計測も実施した。観測斜面においては、複数のグライドメーターによる積雪グライドの自動連続計測、インターバルカメラ・ウェブカメラ・UAVによる雪面形状の変化と全層雪崩発生の監視を実施することによって、3月中旬における全層雪崩の発生と、それまでの期間における積雪動態を捉えることができた。以上の観測結果から、降雪・融雪の進行とグライド速度の変化、そして樹幹の傾斜や応力の変化との時間的な対応関係が見出された。積雪底面に倒伏する構造を持つ計測機器設置用ポールの開発に関しては、内部に傾斜センサーを取り付けた可倒式スプリングポールを観測斜面に設置してテストを行なった。斜面上の灌木のうち細いものと同様に、積雪期の早い段階で地表面近くにまで倒伏することが明らかになった。2018/19冬季は例年よりもかなり積雪が少なかったこと、また観測斜面に適した計測機器とそのセッティングの検討に予定よりも時間を要したことなどから、本年度は観測斜面上の積雪底面から流出する水量と水質の計測を実施できなかった。しかしそれを除けば、開発・計測ともに予定どおりの項目を実施することができた。とくに積雪の含水率・密度計測に関しては、予定していた機器よりも安価で小型の含水率計を用いることができたために、今後、多地点での自動連続計測によってより詳細なデータが得られる可能性がある。以上の計測によって得られたデータは、前年までに取得したデータと合わせて解析を進めるとともに、その成果の一部について学会発表を行なった。次年度以降は、研究計画通りに「破断面周辺の積雪底部における積雪層の性状変化の計測とその解析」「雪面形状、グライド速度、融雪量、積雪底面流出量のモニタリング」「積雪底面に倒伏する構造を持つ計測機器設置用ポールの開発」それぞれを進め、研究成果を随時発表していく。このうち、前2者については、本年度の計測を実施した全層雪崩の発生しやすい斜面に加えて、同様に積雪のグライドは起こるものの全層雪崩の発生には至ることのない、より安全で短い斜面においても計測を実施し、それによって、グライド進行中の斜面で積雪や樹木、地表面状態の直接観察・計測を行なって、データを比較する。

とくに積雪の含水率・密度計測に関しては、予定していた機器よりも安価で小型の含水率計を用いることができたために、今後、多地点での自動連続計測によってより詳細なデータが得られる可能性がある。以上の計測によって得られたデータは、前年までに取得したデータと合わせて解析を進めるとともに、その成果の一部について学会発表を行なった。次年度以降は、研究計画通りに「破断面周辺の積雪底部における積雪層の性状変化の計測とその解析」「雪面形状、グライド速度、融雪量、積雪底面流出量のモニタリング」「積雪底面に倒伏する構造を持つ計測機器設置用ポールの開発」それぞれを進め、研究成果を随時発表していく。このうち、前2者については、本年度の計測を実施した全層雪崩の発生しやすい斜面に加えて、同様に積雪のグライドは起こるものの全層雪崩の発生には至ることのない、より安全で短い斜面においても計測を実施し、それによって、グライド進行中の斜面で積雪や樹木、地表面状態の直接観察・計測を行なって、データを比較する。本年度に購入予定だった計測機器等のうち、現地でのテストやキャリブレーションを優先して予定の個数を購入していないもの、あるいはより安価で適当なものが見つかったものなどがあって、物品費の支出が計画より小さくなったため。また、旅費、人件費・謝金については、調査地などが本研究と同一の場合に、本研究費以外のの経費で支出できたケースがあったため。次年度の物品費としては、当初から次年度に購入する計画であるものに加えて、上記の理由で本年度のうちに購入しなかった機器や、設置する数を計画より増やす機器、本年度に使用して故障した機器などの購入に支出するものとする。旅費、人件費・謝金、その他の経費については、基本的に当初からの研究計画どおりに支出するほか、研究成果発表などの機会を計画より増やすために支出するものとする。
擬一次元電子系における超伝導と不純物効果

擬一次元系と考えられるTa【Se_3】は超伝導相転移温度直下で電気抵抗に異常なピークが見られる。これは超伝導体が低次元の場合に期待される不純物による局在状態であると考えられる。本研究では低次元電子系における局在を位相変数を用いて理論的に研究した。局在は不純物により電荷密度の位相がピンどめされる状態である事を示すため、一次元の拡張されたハバード模型を具体的な例として調べ、超伝導状態であっても電子間相互作用が弱い場合はピンどめされる事を明らかにしたり。擬一次元超伝導体における不純物効果については、このピンどめと鎖間電荷移動の競合が大きな影響を与える。そこでまず不純物のない場合について鎖間電荷移動の働きを摂動論を用いて調べた。この系で超伝導が実現する条件は個々の電子の移動よりBCS電子対による移動の方が大きくなる事である事を明らかにした。これを日本物理学会(千葉大)で出張し発表した。この他にさらに「新超伝導物質」の研究会に出席し(東京)擬一次元超伝導体の現状を調べた。超伝導と局在の競合を上述の実験について調べるには従来の弱いピンどめの理論では不十分なのでこれを発展させて量子モンテカルロ法による数値計算を行った。この際経路積分法に基づいたモンテカルロ法において超伝導の位相を電荷密度の位相変数を用いて記述する方法を導入したのは本研究が最初である。ピンどめされる特徴的な長さが含まれるように一次元的格子の数をとり量子的揺らぎが十分取り入れられるようにドロッター軸の数を選び次のような結果を得た。ここで取り扱っている系では量子的揺らぎが大きいため空間のある領域で不純物により弱くピンされる場所が存在し、ここでは電荷密度の揺らぎが増大しこれと相補的な超伝導状態が出現する。このようにして上述の実験の重要な問題点であった不純物による局所的な構造の原因を明らかにした。
高輝度放射光を用いた有機結晶の時間分解X線回折法

大型放射光施設SPring-8にて高輝度X線放射光を用いた時間分解X線回折装置を整備した。これを用いて格子応答測定法を確立し、パルス光が照射されたフォトクロミック有機結晶の格子応答を調べた。以下に、(1)無機結晶においてピコ秒時間分解三結晶回折法の有用性を示した成果、および(2)フォトクロミック結晶における格子応答の観測についての成果を示す。1.三結晶回折法では、分光結晶によって単色化されたX線を結晶試料に入射し、その回折X線をアナライザー結晶により角度分解して検出する。これにより、単結晶試料に対して変形テンソル成分を個別に測定できる。高輝度アンジュレーター光を用いて、ピコ秒時間分解三結晶回折法を、GaAsおよびSiの単結晶における動的歪み測定に適用した。結果、波長800nm、パルス幅130fsのレーザーを照射した表面近傍で、GaAs単結晶の場合は結晶格子が膨張、Siの場合は圧縮し、その歪みが音速で伝搬、結晶基板の裏面で反射した音響エコーが発生していることがわかった。2.フォトクロミズムを有するジアリールエテン単結晶は紫外光照射で着色状態に、可視光照射で無着色になる。波長400nmのフェムト秒パルスレーザー照射で着色状態に、633nmのHe-Neレーザー照射で無着色状態に戻し、特定のブラッグ回折強度の時間変化をマルチチャンネルスケーラーに取り込んだ。結果、レーザー照射中は大きく膨張し、照射後は、伸縮歪みだけでなく、ずれ歪みや、部分的回転が維持されることがわかった。また、X線散乱面に対して垂直方向からレーザー光を当て、50μmの空間分解能でX線回折強度の光進入深さ方向依存性を測定した結果、表面と内部では格子歪みの程度に大きな差が見られた。表面近傍50μmでの格子応答は数μsecであることがわかった。フォトクロミック結晶における着色と結晶構造との相関を調べることを目的として、高輝度放射光施設SPring-8にて時間分解X線回折装置の整備を進めた。対象としているジアリールエテン単結晶は、紫外光照射で着色状態に、可視光照射で無着色になり、その着色は室温で安定である。したがって、着色状態への時間変化を繰り返し測定する際には無着色状態へ戻すための光照射が必要となる。以下に初年度で整備した装置系、ならびに結果を示す。理研専用ビームラインBL19LXUにて、ポンプ-プローブ測定装置、および高速MCS (Multi-channel scaler)を整備し、GaAs半導体単結晶の超短パルスレーザー刺激による格子ダイナミクスを時間分解X線回折法により観測した。この2つの手法により、数十ピコ秒からナノ秒の分解能で、ミリ秒の範囲にわたって測定できることが確認された。一方、同BL26B1およびBL26B2にて無着色のジアリールエテン単結晶と、400nmのパルスレーザーを照射して着色状態になった単結晶で静的な分子構造決定を行った。結果、分子構造自体の変化の割合は小さいことがわかった。また、格子の変化は、一方向に大きく膨張していることがわかった。上記で得られた膨張する格子面について、時間分解測定を行った。繰り返し積算測定ができるよう、波長400nmの着色用レーザーや633nmの回復用レーザーの照射のための電磁シャッター整備とそのタイミング制御を行った。また、強度の弱い668nmの半導体レーザーを試料に照射し、その散乱光を分光器を通して光電子増倍管で観測することにより、色変化を同時にモニターできるようにした。これらのシステムにより、格子膨張の時間変化を低速MCSを用いて繰り返し追うことに成功した。

その結果、結晶格子は0.5ms以下で変化していることがわかった。高輝度放射光を用いた時間分解X線回折法により、有機結晶中のフォトクロミック反応に伴って起こる結晶格子の変化の様子を調べた。これまでに大型放射光施設SPring-8にて整備した時間分解測定システムに、三結晶回折法を導入し、格子の特定軸方向の挙動を他の変形成分と分離して詳細に調べた。三結晶回折法とは分光結晶によって単色化されたX線を結晶試料に入射し、その回折X線をアナライザー結晶により角度分解して検出するもので、単結晶試料に対して変形テンソル成分を個別に測定できる有力な手法である。これにより、伸縮歪みとずれ歪み(または回転)を区別することが可能となる。高輝度アンジュレーター光を利用して、これに時間分解測定法を適用し、半導体結晶における動的歪みについて、ピコ秒時間分解三結晶回折法が行えることを実証した。さらにこの手法をフォトクロミズムを有するジアリールエテン単結晶にも適用した。この結晶は、紫外光照射で着色状態(閉環体)に、可視光照射で無着色(開環体)になる。したがって、チタンサファイアレーザーの倍波で着色状態に、He-Neレーザー照射で無着色状態に戻して、マルチチャンネルスケーラーにより、それぞれの結晶角でのX線回折強度の時間構造を取り込んだ。サイズ1mm程度の単結晶について測定した結果、レーザー照射中は大きく膨張し、照射後は、伸縮歪みだけでなく、ずれ歪みや、部分的回転が維持されていることがわかった。また、一方向から光照射した際の局所的な格子の振る舞いについて調べるために、空間分解X線回折実験を行った。厚さ約1mmの単結晶について、X線散乱面に対して垂直方向から波長400nmの光を当て、50μmの空間分解能でX線回折強度の光進入方向依存性を測定した結果、歪みは照射表面に局在している様子が観測された。大型放射光施設SPring-8にて高輝度X線放射光を用いた時間分解X線回折装置を整備した。これを用いて格子応答測定法を確立し、パルス光が照射されたフォトクロミック有機結晶の格子応答を調べた。以下に、(1)無機結晶においてピコ秒時間分解三結晶回折法の有用性を示した成果、および(2)フォトクロミック結晶における格子応答の観測についての成果を示す。1.三結晶回折法では、分光結晶によって単色化されたX線を結晶試料に入射し、その回折X線をアナライザー結晶により角度分解して検出する。これにより、単結晶試料に対して変形テンソル成分を個別に測定できる。高輝度アンジュレーター光を用いて、ピコ秒時間分解三結晶回折法を、GaAsおよびSiの単結晶における動的歪み測定に適用した。結果、波長800nm、パルス幅130fsのレーザーを照射した表面近傍で、GaAs単結晶の場合は結晶格子が膨張、Siの場合は圧縮し、その歪みが音速で伝搬、結晶基板の裏面で反射した音響エコーが発生していることがわかった。2.フォトクロミズムを有するジアリールエテン単結晶は、紫外光照射で着色状態に、可視光照射で無着色になる。波長400nmのフェムト秒パルスレーザー照射で着色状態に、633nmのHe-Neレーザー照射で無着色状態に戻し、特定のブラッグ回折強度の時間変化をマルチチャンネルスケーラーに取り込んだ。
ブレーンワールド模型から4次元物理現象の起源を探究する

本年度は研究期間の最終年度であった。ブレーンワールド模型に基づいた宇宙加速膨張モデルの構築を中心に研究が行ったが、あまり劇的な成果は得られなかった。本年度掲載された論文では、5次元アインシュタイン重力理論に4階テンソル場の逆数を含む理論から宇宙加速膨張モデルを提唱した。この宇宙モデルの時間発展を決めるスケールファクターを導出し、4次元有効理論におけるスケールファクターの振る舞いを考察し、その結果、宇宙は減速膨張から加速膨張に移行することが分かった。このモデルから、4次元物理とりわけ現在の宇宙の起源は高次元にあることを示唆できると私は考えます。提唱された模型は、超弦理論の非摂動効果により誘起されると期待しているが、今後、その点を議論する必要があると考えている。さらに、本年度から、共形場理論から宇宙モデル構築の可能性があるのではないかという新たな挑戦をした。しかし、共形場理論の基礎研究とその周辺の研究動向調査で時間がかかり過ぎて、思うように研究成果が得られなかった。以後も、さらに宇宙論と素粒子論との深いつながりを研究し、人類の夢である宇宙本来の姿を理論的に解明していく。研究期間の初年度にあたる本年度は、宇宙加速膨張に関する素粒子模型の構築を中心に研究が行われた。高次元空間に埋め込まれたブレーンワールド模型から宇宙モデルを構築していく研究を行っていく中で、昨年、高次元におけるホログラフィック原理に基づいた宇宙加速膨張モデルが注目された。私は、その原理と重力定数が時間変化する非最小結合スカラー理論を組み合わせると4次元宇宙加速膨張が可能となる模型を提唱し、論文として発表した。その模型について述べる。ホログラフィック原理は高次元と低次元の間には対応する物理量があるというものであり、また、非最小結合スカラー理論は10次元超弦理論の4次元有効理論として導出できることがわかっている。これらから宇宙加速膨張モデルを構築することによって、4次元物理とりわけ現在の宇宙の起源は高次元にあることを示唆できると私は考えた。提唱された模型は、現在の観測事実から厳しい制約を受けるが、それらに排除されることなくモデルとしては可能であることを論文で議論した。昨年から研究中の事項について述べる。超弦理論や超重力理論に存在する多くの反対称テンソル場が宇宙加速膨張を生み出すダークエネルギーであると考えた新しい模型を構築中であり、論文投稿の準備中である。さらに、ブレーンワールド模型やAdS/CFT対応(重力理論とゲージ理論の対応)を利用してインフレーションを引き起こすインフラトン場やダークエネルギーの起源についての新しい知見を見出す研究をしている。これにより、4次元物理現象の起源が高次元側の理論で説明できる研究成果が期待できる。研究期間の2年目にあたる本年度は、宇宙加速膨張に関する宇宙モデル構築を中心に研究が行われた。現代宇宙論において、宇宙初期のインフレーションの後、宇宙は減速膨張から加速膨張に移行していることはゆるぎない観測事実として支持されている。しかし、これを理論的に解明し現在の宇宙像を実現する宇宙モデルは未だ完成していない。私は、高次元空間に埋め込まれたブレーンワールド模型から宇宙モデルを構築していく研究を行っていく中で、このシナリオを実現するモデルを構築することに成功し、論文として発表した。このモデルは、5次元アインシュタイン重力場に4階テンソル場の逆数を含む理論である。この宇宙モデルの時間発展を決めるスケールファクターを解き、4次元有効理論におけるスケールファクターの振る舞いを考察した。その結果、宇宙は減速膨張から加速膨張に移行することが分かった。また、有効理論から誘導されるスカラーポテンシャルを使って宇宙の時間発展を調べても同様の結果が得られた。これらから宇宙加速膨張モデルを構築することによって、4次元物理とりわけ現在の宇宙の起源は高次元にあることを示唆できると私は考えます。提唱された模型は、特有のテンソル場の逆数項を含んでおり、その項の起源については踏み込んでいない。超弦理論の非摂動効果により誘起されると期待しているが、今後、その点を議論する必要があると考えている。ブレーンワールド模型やAdS/CFT対応(重力理論とゲージ理論の対応)を利用してインフレーションを引き起こすインフラトン場やダークエネルギーの起源についての新しい知見を見出す研究をしている。
核内ウイルスRNAに対する宿主認識・応答機構の解明

ウイルス感染による宿主細胞への病原性は、ウイルスの増殖能と宿主の抗ウイルス防御機構との攻防により決定される。宿主の抗ウイルス防御機構は、まず、宿主がウイルス核酸を認識することで誘導される。これまでに、ウイルス核酸を検知するセンサー分子として、RIG-Iなどの分子が報告されている。これらはすべて、細胞質に局在している。一方、ウイルスには、細胞質ではなく核内に侵入し増殖するものも存在する。宿主の核内DNAウイルス検知機構については、最近、非自己DNAに対しては核内DNAセンサー分子が同定された。しかし、核内RNAウイルス検知機構については、未だ手がかりすら見出されていなかった。本研究では、核に持続感染するRNAウイルス・ボルナ病ウイルス(BDV)を用いて、宿主の核内ウイルスRNA検知機構の解明を試みた。本年度の研究において、宿主の核内RNAウイルス検知機構について以下の結果を得た。2)一部のBDV持続感染細胞の細胞質に、ウイルスRNPを含む顆粒状の構造物(vCG, viral cytoplasmic granule)が同定された。3)vCG形成は、HBP-1ノックダウンにより抑制された。4)HBP-1ノックアウト細胞を作製した。その細胞にBDVを感染させたところ、BDV感染は促進された。このように、本研究では、核内RNAウイルスに対する宿主認識・応答機構について、HBP-1の発見を中心に、当初の計画以上の成果をあげることが出来た。26年度が最終年度であるため、記入しない。ウイルス感染による宿主細胞への病原性発現は、ウイルスの増殖能と宿主細胞のウイルスに対する防御機構の攻防の結果である。宿主細胞のウイルスに対する防御機構は、まず宿主細胞が、ウイルスの本体である核酸分子を認識することにより活性化される。これまで、宿主細胞のウイルス核酸認識機構の研究は、細胞質で起こる反応を中心に進められてきた。一方、ウイルスの中には、細胞質ではなく核内に侵入し増殖するものも存在する。これらのうち、DNAウイルスに対する宿主の検知機構については、最近、核内DNAセンサー分子が同定された。しかし、核内で増殖するRNAウイルスに対する宿主の認識機構については、未だ手がかりすら見出されていない。本研究では、核内環境に着目し、核内で宿主がRNAウイルスを検知する機構を、核に持続感染するRNAウイルスえあるボルナ病ウイルス(BDV)を用いて明らかにすることを目的とした。本年度、本研究において、宿主の核内RNAウイルス検出機構について以下の結果を得た。1)BDVと相互作用することが知られている宿主分子HMGB1は、核酸認識のセンサーとしても知られている。BDV感染細胞の核よりHMGB1複合体を単離し、核酸センサー候補分子としてHMGB1 binding protein (HBP)-1, -2を同定した。2)HBP-1は、感染細胞核内でBDVのリボタンパク質複合体(RNP)と共局在した。3)BDV持続感染細胞で、HBP-1をノックダウンすると、BDVの転写・複製が亢進した。4)HBP-1のノックダウンにより、宿主防御に関わる遺伝子群の発現が変化した。以上の結果から、HBP-1が感染細胞核内で、BDV RNAのセンサー分子として働く可能性が示唆された。このように本研究は、宿主の核内RNAウイルス検出機構について当初の計画以上の成果をあげることができた。平成25年度の研究計画では、2つの小課題を提案していた。1つは、核内におけるBDV認識機構の解明である。本年度は、HBP-1に着目して、その核酸センサーとしての可能性を検討した。その結果、HBP-1はBDVのRNPと結合し、HBP-1ノックダウンによりBDV量が増加したため、HBP-1が核内の核酸センサーである可能性が強く示唆された。以上のことより、本小課題は当初の計画以上に進展していると考えられた。

もう一つは、核内におけるBDV制御機構の探索である。マイクロアレイを用いた解析により、BDV感染時に変化する宿主防御に関わる遺伝子群の多くは、HBP-1の下流にあることが示された。このことは、今後展開する予定のBDV制御機構の解明において基礎となる知見であり、必須である。以上のことより、本小課題についてはおおむね順調に進展していると判断した。全体として、当初の計画より若干の変更点はあるが、大きな方向性に変化はなく、本研究の目的達成に向けて当初の計画以上に進展していると考えられる。平成25年度に得られた結果をもとにして、宿主の核内RNAウイルス検出・制御機構の作業仮説をたて、検証する。具体的には、宿主の核内RNAウイルス制御機構のより詳細な解明と、本研究で見出した宿主の核内RNAウイルス検出・制御機構の普遍性を、インフルエンザウイルスを用いて評価すること、の2つの小課題について進める。1)宿主の核内RNAウイルス制御機構の解明平成25年度の成果により、「BDV RNPをHBP-1が核内で認識し、その結果宿主防御に関わる遺伝子群の発現が誘導される。誘導された遺伝子群がBDVの複製を制御する」という作業仮説が考えられる。そこで、HBP-1がウイルスRNPを認識後、どのような機構で、宿主遺伝子群を制御しているのかを検討する。そのために、HBP-1と相互作用することが知られている分子群のノックダウンを用いて、段階的にシグナル経路を明らかにしていく。またHBP-1依存的に発現誘導がかかる遺伝子群のうち、BDV複製の制御に関わるエフェクター分子を、過剰発現系およびノックダウンを用いて検討する。それらを総合して、作業仮説の検証を進める。2)インフルエンザウイルスを用いた核内RNAウイルス検出系の普遍性評価1)で検証する核内RNAウイルス制御機構が、核内で増殖する他のRNAウイルスにも当てはまるか検討する。核内で増殖するRNAウイルスとして、インフルエンザウイルスがある。そこで、インフルエンザウイルス感染においても、HBP-1を用いた核内ウイルスRNA認識機構が働いているのかを検討する。さらに、その下流の分子についても検討し、インフルエンザウイルスの制御機構とBDV制御機構の共通点・異なる点を明らかにする。
Genome informaticsに基づいた新しい糖尿病の分類体系の確立

生活習慣病の代表である2型糖尿病の病態は膵β細胞からのインスリン分泌不全および筋肉・脂肪・肝臓などの作用臓器におけるインスリン抵抗性に大別される。本研究の目的はインスリン分泌およびインスリン抵抗性に関与している遺伝子多型を明らかにし、2型糖尿病を発症しやすい個人を同定するための遺伝子レベルでの分子指標を解明し、多因子疾患としての2型糖尿病の新しい分類体系の確立を図ることである。研究代表者らはhepatocyte nuclear factor(HNF)-1αおよびHNF-4αの遺伝子異常によりインスリン分泌不全型の家族性糖尿病が発症することを明らかにした。HNF-4α遺伝子のT130I多型について777名のケース・コントロール研究を行ったところ、HNF-4α遺伝子T130I多型は日本人2型糖尿病の発症感受性に関与していることが明らかになった(p=0.015,odds ratio 4.3,95%CI1.24-14.98)。膵β細胞におけるHNF-4αの発現量は肝細胞における発現量の約10%であった。インスリン分泌におけるHNF-4αの意義を明らかにする目的で、膵β細胞特異的HNF-4αノックアウトマウスを作製したところ、同マウスは遺伝子異常を有する患者と同様に糖応答性インスリン分泌不全を示した。パッチクランプによる検討の結果、インスリン分泌不全はKATPチャンネルの活性異常が原因であると考えられた。HNF-1α異常による糖尿病発症の分子機構を解明するために膵β細胞におけるHNF-1αの標的遺伝子の検索を行ったところ、腎集合管特異的遺伝子としてクローニングされたコレクトリンが標的遺伝子であることが判明した。コレクトリンはインスリンの開口放出に重要なSNARE complexの形成を促進することでインスリン分泌を促進する作用を有していると考えられた。2型糖尿病は複数の疾患感受性遺伝子と環境因子が加わって発症する多因子疾患で、その病態はインスリン分泌不全とインスリン抵抗性に大別される。これまでに我々はHNF転写因子カスケードがインスリン分泌に重要であることを明らかにすると共に、内臓脂肪過剰蓄積がインスリン抵抗性の発現に深く関与していることを明らかにしてきた。本研究はインスリン分泌不全、抵抗性の形成に重要な遺伝子群の解析を行うことにより多因子疾患としての糖尿病の新しい分類体系を確立し、さらにそれに応じた治療法の開発を試みようとするものである。そのためにまず、2型糖尿病患者をインスリン分泌不全・インスリン抵抗性について種々の指標を用いて病態別に分類した。次にHNF転写因子カスケードに属する新規分子としてTRIP3(thyroid hormone receptor interacting protein 3)をyeast two-hybrid法を用いて単離し、その遺伝子構造を明らかにし、遺伝子内に存在するSNPを同定した。またHNF1α,HNF-1β,HNF-4α遺伝子のSNPを多数同定した。また、インスリン抵抗性に関連する分子として、脂肪細胞由来インスリン感受性ホルモンであるadiponectin遺伝子のSNPタイピングも行った。これらのSNPsの多くは糖尿病患者全体を対照群と比較した場合、その遺伝子頻度に差を認めなかった。このことは2型糖尿病が非常にヘテロな集団であることがその一因であると考えられる。今後は上述した病態別に均一化した群において上記SNPのタイピングを行い、糖尿病の各種病態とSNPの関連について検討し、病態の指標としての分子マーカーを獲得していく。2型糖尿病は複数の疾患感受性遺伝子と環境因子が加わって発症する多因子疾患であり、その病態はインスリン分泌不全とインスリン抵抗性に大別される。本研究はインスリン分泌もしくはインスリン感受性に関与している遺伝子群の解析を行うことにより、多因子疾患としての糖尿病の新しい分類体系を確立し、それに応じた治療法の開発を試みようとするものである。

MODY1原因遺伝子であるHNF-4α遺伝子のT130I多型について777名のケース・コントロールスタディーを行ったところ、T130I多型は日本人2型糖尿病の発症と有意な相関を認めた(p=0.015,odds ratio 4.3,95%CI 1.24-14.98)。従ってHNF-4α遺伝子は日本人における2型糖尿病の発症感受性遺伝子であると考えられる。PGC-1αは脂肪細胞分化のマスター遺伝子であるPPARγや上述したHNF-4αのコファクターであり、PGC-1のG482S多型は2型糖尿病発症に関連するという報告が存在している。本年度の解析結果によれば、PGC-1のG482S多型の有無は2型糖尿病と関連しなかったが、肝インスリン抵抗性の強い2型糖尿病患者に限定して比較したところ、G482S多型は糖尿病と有意に相関を示した(p=0.017)。PGC-1αはHNF-4αの活性を介して、肝糖新生を調節していると考えられる。PGC-1α遺伝子G482S多型は肝におけるインスリン抵抗性を規定する感受性遺伝子である可能性が考えられた。2型糖尿病は複数の疾患感受性遺伝子と環境因子が加わって発症する多因子疾患であり、その病態はインスリン分泌不全とインスリン抵抗性に大別される。多因子疾患としての糖尿病の発症に関与する遺伝因子を同定する目的で、糖尿病患者を病態別に分類した上で、病態を規定していると考えられる種々の遺伝子多型について検討を行った。入院中の2型糖尿病患者に対して、食事療法・運動療法(必要な場合は速効型インスリンを使用)で血糖を正常化させ、糖毒性による2次的影響を除いた。122名の2型糖尿病患者のインスリン抵抗性(肝インスリン抵抗性はHOMA-IR、末梢インスリン抵抗性はインスリン負荷試験における1/Kで評価)を検討した。その結果、2型糖尿病患者を肝インスリン抵抗性優位群(RL群n=36)、末梢(筋肉・脂肪)インスリン抵抗性優位群(RP群n=13)、両者とも軽度の群(RC群n=73)に分類し得た。肝糖新生の鍵分子であるPGC-1遺伝子のG482S変異について検討を行った。2型糖尿病とコントロールで関連を検討した場合、同多型と糖尿病の間に有意な関連は認められなかったが、RL群においてはG482S変異が有意に増加していた(p=0.0007)。GG, GS, SSアリル別のHOMA-IR値を検討したところ、Sアリルが増加するにつれ、HOMA-IR値が有意に上昇していた(G/G1.8+/-1.0;G/S2.1+/-1.7;S/S2.9+/-1.7,p=0.015)。したがってPGC-1遺伝子のG482S変異は肝におけるインスリン抵抗性の遺伝的リスクである可能性が示された。