hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロ流体技術による初期胚内ノード流計測制御システム開発と非対称性解明への応用

ヒトに最も近いモデル生物であるマウス胎生期個体において受精後7日後から8日後にかけて胚の正中線上にあるオーガナイザー(ノード)内で体の左右が決定される。ノード内の繊毛細胞が左向きの流れを発生し非対称な遺伝子発現を誘導すると考えられている。本研究課題ではノード流の発生機構を繊毛の回転運動と流れの定量解析から明らかにする。今年度は繊毛の回転運動のモデル化とノード流がもつ情報量の解明を行った。1.ノード繊毛運動のモデル化ノード繊毛の回転運動のモデル化を、結合振動子系と数値流体力学シミュレーションを組み合わせることにより行った。繊毛間に働く相互作用を流れの抗力の計算することにより求めた。さらにノード繊毛を固有の周波数をもち相互作用する振動子としてモデル化を行った。結果、実験により観察されたノード繊毛の協同性の時間変移を再現することができた。2.ノード繊毛変異体における回転運動と左右軸決定の解析。これまでの観察より、マウス初期胚では左向きのノード流が非常に弱く局所的に生成している時期に左右軸が決定されることが示唆された。この初期過程における弱い流れに左右を決定する能力がどの程度あるのかを検証するためノード繊毛運動が著しく低下する変異体マウスの解析を行った。結果、数本のノード繊毛が発生させる局所的な左向き流れでも左右非対称な遺伝子発現が誘導され正しく左右軸が決定されることが分かった。このことからマウスのノード細胞は流れの速度ではなく流れの向きを感知して左右軸情報に変換している可能性が考えられる。これまでの3ヵ年の成果から、(1)マウス初期胚ノード繊毛は、流体を介した弱い相互作用をもち協同的に運動している。また、この状態は左右軸決定前後で変動する。(2)マウス初期胚は非常に弱く局所的な左向き流れであっても左右軸決定に必要な十分量の情報を受け取ることができることが明らかとなった。
量子限界近傍で動作するIII-V族量子細線トランジスタ論理・記憶集積回路の開発

本研究の目的は、独自の構造をもつIII-V化合物半導体量子細線トランジスタによって、量子限界近傍で動作をする論理回路やメモリー回路のプロトタイプを実現し、量子集積回路に実用化の展望を切り開くことにある。本研究の成果を以下に示す。1.ショットキーインプレーンゲート(IPG)量子細線トランジスタと金属ナノドットを組合せ、ドットクローン荷電でトランジスタのコンダクタンスしきい値を制御する新しい単電子メモリデバイスを提案、開発した。2.単電子小規模集積回路をWPG単電子トランジスタ(SET)により構成することことを検討し、量子細線トランジスタを負荷とする単電子抵抗負荷インバータや、2つのSETを用いた単電子相補形インパークを試作し、動作を実証した。ことに前者では伝達利得1.3が達成された。3.量子限界近傍の電力・遅延時間積で動作可能な新たな量子論理回路として、二分決定グラフ(BDD)アーキテクチャを量子細線トランジスタで実装するBDD量子論理回路方式を提案した。そして、基本デバイスをGaAsエッチングナノ細線とナノショットキーゲート技術を用いて試作し、低温および室温にて動作実証するとともに、これを集積化することにより基本論理回路を試作し回路が正しい論理演算を行うことを確認した。4.量子細線トランジスタの基本構造として、均一性およびサイズ制御性に優れたInGaAsおよびGaAs埋め込みリッジ量子細線アレイを選択MBE成長法により実現した。ことにInGaAs量子細線においては基板前処理の最適化や原子状水素処理の適用により、サブミクロンピッチ高密度細線アレイの実現に成功した。5.素子表面不活性化のために、III-V族半導体表面を走査トンネル分光(STS)法により詳細に評価した。異常STSスペクトルの機構を明らかにし、ピンニングがエネルギー的・空間的に連続分布する表面準位の集合体によることを示した。さらに、シリコン界面制御層(Si ICL)を用いた表面不活性化法を検討し、Si ICL形成前初期表面の最適化を図るとともに、本手法の有効性をSTSなどで確認した。本研究の目的は、独自のIII-V族半導体量子細線トランジスタ技術により、量子限界近傍で動作をする論理・記憶回路を実現し、量子集積回路に実用化の展望を切り開くことにある。平成12年度に得られた成果を以下に示す。1.ショットキーインプレーンゲート(IPG)およびラップゲート(WPG)構造を適用したGaAs量子細線トランジスタについて、明確なコンダクタンスステップが得られるよう細線形状、ゲート長を最適化した。また、エッチング細線幅によりステップの急峻性およびしきい値の制御が可能であることを示した。2.IPG量子細線トランジスタを、金属ナノドットのクローン荷電で制御する新しい単電子メモリデバイスを開発した。また、WPG単電子トランジスタ(SET)を用いた小規模集積回路として、量子細線トランジスタを負荷とする抵抗負荷インバータや、2つのSETを用いた相補形インバータを試作し、動作を実証した。さらに、2分決定デバイス(BDD)アーキテクチャのノードスイッチの試作にも成功し、これを用いたOR回路を実現した。3.原子状水素照射MBE選択成長により、均一性の極めて高いInGaAs埋め込みリッジ量子細線を実現した。光学的測定により、良好な結晶性を有することが確認された。さらに、大規模集積回路を実現するInGaAs量子細線ハニカム構造の形成およびその高密度化に成功した。4.素子表面不活性化のために、III-V族半導体の表面準位を、走査トンネル分光(STS)法で調べた。

表面準位帯電が異常コンダクタンスギャップを引き起こすことを初めて明らかにすると共に、ピンニングがエネルギー的・空間的に連続に分布する表面準位の集合体によることを示した。同時に、シリコン超薄膜界面制御層を用いた表面不活性化法を検討し、その有効性をSTSなどで確認した。本研究の目的は、独自の構造をもつIII-V化合物半導体量子細線トランジスタによって、量子限界近傍で動作をする論理回路やメモリー回路のプロトタイプを実現し、量子集積回路に実用化の展望を切り開くことにある。平成13年度に得られた成果を以下に示す。1.量子限界近傍の電力・遅延時間積で動作可能な新たな量子論理回路として、二分決定グラフ(BDD)アーキテクチャを量子細線トランジスタで実装するBDD量子論理回路方式を提案した。そして、基本デバイスをGaAsエッチングナノ細線とナノショットキーゲート技術を用いて試作し、低温および室温にて動作実証するとともに、これを集積化することにより基本論理回路を試作し回路が正しい論理演算を行うことを確認した。2.量子細線トランジスタの基本構造として、均一性およびサイズ制御性に優れたInGaAsおよびGaAs埋め込みリッジ量子細線アレイを選択MBE成長法により実現した。ことにInGaAs量子細線においては基板前処理の最適化や原子状水素処理の適用により、サブミクロンピッチ高密度細線アレイの実現に成功した。3.素子表面不活性化のために、III-V族半導体表面を走査トンネル分光(STS)法により詳細に評価した。異常STSスペクトルの機構を明らかにし、ピンニングがエネルギー的・空間的に連続分布する表面準位の集合体によることを示した。さらに、シリコン界面制御層(Si ICL)を用いた表面不活性化法を検討し、Si ICL形成前初期表面の最適化を図るとともに、本手法の有効性をSTSなどで確認した。
年齢依存的造血幹細胞特性の変化と白血病発症機構の解明

近年、がん発生・進展においてがん遺伝子だけでなく、その発生母地の性質の重要性が認識されつつある。しかしながら、遺伝子変異と年齢依存的な造血幹細胞の特性の協調による白血病の分子基盤は未解明であり、マウスモデルを用いた生体レベルでの解析は全く行われていないのが実状である。本研究は独自のシステムを用いて、変異した遺伝子に加え、発生母地となる造血幹細胞の年齢依存的な特性という新たな視点から白血病発症機構の分子基盤解明と治療標的の探索を目指す。
藤原道長の文学史的研究

藤原道長の日記『御堂関白記』、および同時代の日記『小右記』(藤原実資)・『権記』(藤原行成)の寛弘年間(一〇〇四一〇一二)の記事から、道長の文学に関わる行動を抜き出し、データーベース化した。データーベースソフト「桐」を使用し、年次・種別(漢詩〔私的作詩・私的作文会・公的作文会〕・和歌〔私的詠歌・私的歌会・公的歌会・屏風歌〕・大学および勧学院関係・書籍等の収集活動・後援・その他)・関係人物・実作と所収書名・関係条文の引用・前項の注記・参考を項目に立てた。関係条文の引用を加え、さらに記者や登場人物の思考のあり方を注記という形で入れた点が最も腐心したところで、単なる出来事の件数の集積を越えた、関った人間の思考や個性を含んだ検索が可能となっている。形態を考察しつつ、データーベースを作成することが今回の研究の目的であるが、その過程においても、藤原道長の文学に関する実に幅広い教養や行動が明らかになった。道長が優れた文学の後援者として成長し、かつ一条朝の文学が平安時代のひとつの頂点となっていく過程が、同時代の漢文日記という正確な史料によって位置付け得るという点で貴重な基礎作業ができたと思う。寛弘年間を対象としたのは、一条天皇と藤原道長という二人の為政者に領導された平安文学の頂点といえる時期であるからだが、道長が内覧となった長徳年間から、道長が死ぬ万寿年間まで作業を続ける予定である。平行して『御堂関白記』の本文研究を行い、道長自筆本の抹消された文字について成果を得た。なお、発表論文「『御堂関白記』と『栄花物語』のあいだ-皇子誕生記事をめぐって-」(『国語と国文学』平成五年十一月)は、今回の研究の前提として、漢文日記の位相を歴史物語と比較しながら考察したものである。
醸造技術の展開と継承普及―日本酒と醤油を事例として

日本酒、醤油などを製造する醸造技術は、日本国内において独自に発展をとげた代表的な技術のひとつである。これらの技術は元禄期に一定の水準に達し、江戸末期にはいくつかの重要な改良が行われ、今日の技術につながっている。本研究では、日本酒を中心として各地の博物館、製造業者などが所蔵する醸造技術関係の一次資料を調査して、資料の体系化を行うとともに、上記のような在来技術の発展過程を明らかにする。本年度は、伊丹から灘への発展を中心に資料調査を継続した。主要な成果は以下のようである。(1)灘の酒造業は享保期にはじまり、文化・文政期に江戸入律高が50%以上となって、伊丹にかわって圧倒的な地位を確立した。これを可能とした灘の技術的条件として、水車精米と寒造りへの集中化が従来から指摘されてきた。しかし、通説とは異なり、伊丹の酒造業も同時期に次のような変容をとげていた。(3)伊丹における技術的改革が灘に追随した試みであるとはいえ、少なくない先導的役割にくわえて、多大な努力による諸成果が生み出されていた。それらにより、伊丹酒は、江戸における高い市場占有率を保持し、最高位の格付けを維持させたと評価することができる。本年度は、灘、伏見、伊丹、広島において資料調査を行い、伊丹について主要資料の翻刻を行った。(1)江戸期の酒造法については、当時の百科事典である『本朝食鑑』や『和漢三才図会』、同時代の地誌などに記述がみられる。しかし、叙述に少なからぬ疑義を含むことが明らかとなったことから、より適切な資料として、同時代の酒造書や酒造家の記録を検討する必要がある。(2)近世日本の酒として、最初に著名となったのは安土桃山時代に創始された奈良諸白の製造法である。伊丹の酒造法はそれを精緻で量産可能な技術としたもので、元禄・享保期に隆昌をむかえた。その特色は、掛米、麹米ともに精白した諸白で、その歩合は約1割であった。酒母育成と醪製造の工程は分離され、それに三段仕込を行うことで量産体制が創出された。醸造期間は、立秋ころから仕込みをはじめ、寒をへて翌年の三月期まで製造する三季醸造であった。(3)製造される酒は商品としてのそれであり、圧倒的な部分が江戸へ積み下されていた。当初の人や馬による搬送は元禄期から海上輸送となり、この大量輸送方式と大量生産方式があいまって、江戸期の酒造業の隆昌を実現させた。
ディスタンスジオメトリー法による溶液中の生理活性ペプチドの高次構造解析

蛋白質およびモデルペプチドの溶液中での構造解析の手法を開発中であるが、本年度は先に行った核磁気共鳴吸収(NMR)測定とディスタンスジオメトリー法の組合せによる手法を更に発展させることが出来た。NMRより核オーバーハウザー効果(NOE)を測定し、分子内の原子間距離の情報を取り出すが、この際それぞれの吸収ピークを個々の原子核に帰属しなければならない。従来の二次元NMR法ではスペクトルの位相の情報を利用することが出来ず、各ピークの分離がよくなくて大きい分子になるとピークの重なりが生じた。このため全ピークの帰属の可能であったのはアミノ酸13残基のコノトキシンと14残基のエンテロトキシン(Sth)のみであった。今回は二次元の測定法に改良を加え位相検知の可能なシフト相関法(COSY),NOE相関法(NOESY)を用いることを試み、ピークの分離に飛躍的な改善をみた。また最近報告されはじめた多数の共有結合を通してスピン相関を観測できるリレーシフト相関法(RELAY-COSY)の適用条件の検討も行った。このような測定法の改良により、今まで不可能であった水溶液中でのNOE測定を可能とし、残基数18のアンジオテンシン変換酵素阻害剤アンコベニンのNMR解析を水溶液中で行った。さらに分離能が上ったことにより残基数28の心房性ナトリウム利尿ペプチド(hANP)のNMR解析も行えた。これらの実験結果をディスタジオンスメトリー法で解析するが、我々の二面角空間におけるターゲット関数の極小化を用いるDADAS法に改良を加え、今まで考慮できなかったスピン-スピン結合定数をも三次元構造構築の情報として用いることが出来るようにした。この改良されたプログラムを用いて上記2つのペプチドの構造解析を大型計算機により行ったが、本年度補助金で購入した分子モデルはその結果の考察に際して重要な手助けとなっった。
数理物理と組合せ論における可積分構造

溶解結晶模型,4次元や5次元の超対称ゲージ理論,局所トーリックカラビ・ヤウ多様体上の位相的弦理論はいずれも分配函数がヤング図形の言葉によって定式化されるという共通の特徴をもつ.本研究はこれらの数理物理の模型やその変種の中にKP階層,戸田階層やそれらの簡約系が内在することを明らかにした.この研究の過程で量子トーラス代数や量子ダイログ函数に基づく新たな計算技法も開発された.さらに,そのような可積分構造からこれらの模型に付随する量子ミラー曲線(あるいは量子スペクトル曲線)を導出し,それらが可積分階層の理論で以前から知られていたカッツ・シュワルツ作用素の類似物であることを指摘した.今年度はSU(N)やその直積をゲージ群にもつ超対称ゲージ理論のネクラソフ函数の可積分構造,3次元トーリックカラビ・ヤウ多様体上の位相的弦理論の可積分構造,量子ダイログ函数,正値グラスマン多様体などの問題に取り組んだ.このうち,一般化コニフォールド上の位相的弦理論の可積分構造の研究に関して一定の成果が得られた.一般化コニフォールドは3次元トーリックカラビ・ヤウ多様体の一種であり,ウェブ図形の両端に非自明な分割が与えられた場合の開弦振幅は2次元複素自由フェルミ場のフォック空間上の作用素の行列要素として表せる.この行列要素をシューア函数によって母函数化したものは2次元戸田階層のτ函数になり,2次元戸田階層の特殊解を定める.この特殊解のラックス作用素を調べたところ,ラックス作用素は2個の有限階差分作用素の商として表せる,ということがわかった.これは本来のコニフォールド上の位相的弦理論から得られる戸田階層の特殊解(溶解結晶模型の変種とも関係する)の特徴を自然に一般化したものになっている.このことから,この特殊解が一般化されたアブロビッツ・ラディック階層の解とみせることがわかる.こうして,一般化コニフォールド上の位相的弦理論と一般化アブロビッツ・ラディック階層の関係が明らかになった.また,その過程で量子トーラス代数や量子ダイログ函数が一定の役割を果たした.一般化コニフォールドからフロップ変換によって得られる場合にも同様の可積分構造が存在することが期待される.今年度は,1.オービフォルド型溶解結晶模型の可積分構造,2.ある種のトーリック多様体上の位相的弦理論の開弦振幅,の2点に関して成果が得られた.1.オービフォルド型溶解結晶模型は通常の溶解結晶模型の一般化であり,2個の正整数パラメータa,bをもち,局所CP1幾何学と呼ばれる3次元トーリックカラビ-ヤウ多様体のZa×Zbオービフォルドに関連している.通常の溶解結晶模型のボルツマン重みは無限変数シューア函数の特殊値から構成されるが,オービフォルド型模型ではこの特殊値の選び方が変わる.今回の研究では,従来の溶解結晶模型と同様に,この模型も2次元戸田階層のある種の簡約系の特殊解に対応していることを明らかにした.これはブリニらがフロベニウス構造の観点から行った研究を別の方向からより一般的に説明するものである.2. closed vertexと呼ばれる形のウェブ図形をもつ3次元トーリックカラビ-ヤウ多様体の位相的弦理論に対して,位相的頂点の方法を用いて,外線の1つが非自明な表現をもつ場合の開弦振幅を具体的に計算した.この計算では溶解結晶模型で用いられたフェルミオン,量子トーラス代数,量子ダイログ函数などの道具を再利用した.さらに,非自明な表現が横1行(あるいは縦1列)のヤング図形に相当する場合に開弦振幅の母函数を考察し,それが線形q-差分方程式を満たすことを見出した.このq-差分方程式はカラビ-ヤウ多様体のミラー曲線に関係していると思われる.今年度は昨年度に引き続き,3次元トーリックカラビ-ヤウ多様体上の位相的弦理論について位相的頂点の方法によって考察した.昨年度末にclosed vertexと呼ばれる樹木状のウェブ図形をもつ場合について,開弦振幅の具体的計算からミラー曲線を導く手がかりを得たが,この計算を検討し直して整理し,計算を可能にする仕組みと限界を明らかにした.結果として,ミラー曲線の量子化(量子ミラー曲線)がq-差分方程式として得られるからくりは明快になった.他方,当初の期待に反して,この開弦振幅の計算法をclosed topological vertex以外の樹木状のウェブ図形に拡張することは困難であることもわかった.closed topological vertexについて一定の成果を得た後,strip geometryと呼ばれる線状のウェブ図形をもつ場合について考察した.これは初年度に取り上げたgeneralized conifoldを特別な場合として含むものであるが,そこではウェブ図形の両端の外線に非自明な表現がある場合の開弦振幅の母函数を戸田階層のτ函数とみなして,対応するラックス作用素の特徴を明らかにした.今回は両端に限らずウェブ図形の任意の外線を1つ選んで,そこに非自明な表現を置いて得られる母函数をq-差分方程式の観点から考察した.これらのq-差分方程式は量子ミラー曲線とみなせるが,異なる外線から得られる曲線は互いに正準変換によって結ばれて、全体として単一の曲線を定めることがわかった.現在,これらの1変数母函数を多変数化したものを考察しているが,KP階層のτ函数として行列式表示をもつなど,興味深い事実が明らかになりつつある.この研究では位相的頂点の方法で開弦振幅を計算する際に,部品となる開弦振幅をフェルミオン表示した上で,フェルミオンフォック空間上の特殊な作用素の満たす代数的関係式を利用している.

strip geometryやclosed topological vertexの場合にはある特殊事情でこの計算がうまく行くのだが,この特殊事情が使えない場合がまだ扱えない.さらに,当初は局所CP1×CP1 geometryのようにウェブ図形がサイクルをもつ場合にも同様の計算を行うことを目指していたが,これには全く異質の発想が必要になる.これら問題にはかなりの時間を費やしたが,まだ手がかりがつかめない.現在はstrip geometryにおいて多変数化した母函数の性質を調べているが,こちらの研究はまだ始まったばかりである.このような位相的頂点の方法と平行して,クラスター代数と壁越公式の関係についての研究,ゲージ理論と2次元共形場理論の関係(AGT対応)に関する研究,ヴォルテックス-インスタントン分配函数の研究などを相当の時間をかけて学んでみたが,適当な題材を見出すに至っていない.研究期間も後半に入り,今年度は当初予定していた項目の中から,全正値(全非負)グラスマン多様体やクラスター代数などに関連する題材を取り上げることにした.国内外の研究会に積極的に参加して,基本的な概念・方法や超対称ゲージ理論・有限自由度可積分系などへの応用を学んだが,内容の消化に間取って,まだ研究の目標を見定めるに至っていない.strip geometryやclosed topological vertexなどの特殊な3次元トーリックカラビ-ヤウ多様体上の位相的弦理論に対して前年度に行った量子ミラー曲線の研究を見直して,これらの量子曲線がKP階層におけるKac-Schwarz作用素の言葉で統一的に理解できることを明らかにした.Kac-Schwarz作用素は1990年代に2次元重力の研究の中で見出されたものだが,最近ではリーマン球面の各種のHurwitz数の量子スペクトル曲線の研究などにも利用されている.今年度の研究では位相的弦理論の開弦振幅の多変数母函数をKP階層のτ函数とみなして,Kac-Schwarz作用素の観点から量子ミラー曲線を再導出した.これらの量子ミラー曲線は2次元重力やHurwitz数の場合と違ってq-差分方程式として定式化されるが,そのようなq-差分方程式が現れる仕組みもKac-Schwarz作用素によって明快になった.さらに,以前研究した5次元U(1)超対称ゲージ理論の溶解結晶模型についても,同じ方法によって量子スペクトル曲線を求めることができた.この量子曲線もq-差分方程式として定式化されている.さらに,この模型の4次元極限からリーマン球面のGromov-Witten不変量の量子スペクトル曲線が再現されることを見出した.この量子スペクトル曲線は最近Dunin-Barkowskiらによって組合せ論的な計算で導出されたもので,差分方程式として定式化されている.それを溶解結晶模型から再導出する試みの中で,模型の4次元極限自体に対する理解も得られた.その副産物として,リーマン球面のGromov-Witten不変量の母函数がKP階層のτ函数であること(従来は別の方法によって説明されていた)の別証明が得られた.Kac-Schwarz作用素による量子ミラー曲線の導出をウェブ図形にサイクルが存在する場合に拡張することを考えたが,ある簡単な例において,開弦振幅の多変数母函数がKP階層のτ函数にならない,という予想外の事実が判明した.当初発展を期待していた局所CP1×CP1
生態膜機能分子としてのステロイドならびに関連分子の化学変換

1.コレステロールアナログの分子設計と合成(i)遠隔官能化昨年度報告したアルコキシラジカルによるコレスタンならびにアンドロスタン骨格の遠隔官能化生成物,副生成物の構造を別途合成ならびに各種スベクトルにより明らかにした.ついで遠隔官能化に想定された中間体を別途合成して反応を行い機構を明らかにした.電極反応を用いるステロイド疎水部へのアセトアミド基導入に関しては,昨年度にひきつづき機構と選択性につき検討を加えた.(ii)コレステロールA環の芳香族化アルコキシラジカルのβ-開裂をキーステップとするステロイドA環の芳香族化の新手法を開発し,エストロンの合成に成功した.(iii)ヘテロステロイドのデザインと合成昨年度にひきつづき,ステロイドケトンの室温,中性の条件下におけるオキサステロイドなどヘテロステロイドへの高効率変換に関する新手法の有効性を吟味し, 11-オキサプロゲステロンを, 11,20-ジオキソー5β-プレグナンー3α-オールアセテートから11工程で合成することに成功した.2.リポソーム膜中におけるコレステロールアナログの物理化学的挙動昨年度にひきつづき,本年度も,コレステロールと合成コレステロールアナログを添加したDPPCリポソームについて,脂質二分膜中での挙動を蛍光分析または,示差熱分析などにより詳細に検討した. 5種の合成オキサコレスタン, 3-デヒドロコレステロール, 5α-コレスタンとコレステロールをリボソーム二分子膜中で比較した結果, 3-オキサー, 6-オキサー5α-コレスタンは,リポソーム膜中での物理化学的挙動がコレステロールと極めて類似していることを,明らかにした.これは, H_2Oを介してオキサアナログの骨格を構成する酸素とリン脂質の間に,水素結合が生成されるためと推定され,コレステロールの動物細胞膜内の機能との関連において興味深い.1.コレステロールアナログの分子設計と合成(i)遠隔官能化昨年度報告したアルコキシラジカルによるコレスタンならびにアンドロスタン骨格の遠隔官能化生成物,副生成物の構造を別途合成ならびに各種スベクトルにより明らかにした.ついで遠隔官能化に想定された中間体を別途合成して反応を行い機構を明らかにした.電極反応を用いるステロイド疎水部へのアセトアミド基導入に関しては,昨年度にひきつづき機構と選択性につき検討を加えた.(ii)コレステロールA環の芳香族化アルコキシラジカルのβ-開裂をキーステップとするステロイドA環の芳香族化の新手法を開発し,エストロンの合成に成功した.(iii)ヘテロステロイドのデザインと合成昨年度にひきつづき,ステロイドケトンの室温,中性の条件下におけるオキサステロイドなどヘテロステロイドへの高効率変換に関する新手法の有効性を吟味し, 11-オキサプロゲステロンを, 11,20-ジオキソー5β-プレグナンー3α-オールアセテートから11工程で合成することに成功した.2.リポソーム膜中におけるコレステロールアナログの物理化学的挙動昨年度にひきつづき,本年度も,コレステロールと合成コレステロールアナログを添加したDPPCリポソームについて,脂質二分膜中での挙動を蛍光分析または,示差熱分析などにより詳細に検討した. 5種の合成オキサコレスタン, 3-デヒドロコレステロール, 5α-コレスタンとコレステロールをリボソーム二分子膜中で比較した結果, 3-オキサー, 6-オキサー5α-コレスタンは,リポソーム膜中での物理化学的挙動がコレステロールと極めて類似していることを,明らかにした.これは, H_2Oを介してオキサアナログの骨格を構成する酸素とリン脂質の間に,水素結合が生成されるためと推定され,コレステロールの動物細胞膜内の機能との関連において興味深い.
浅海生態系再生のための干潟・藻場のネットワーク解析

コアマモは潮間帯にパッチ状に生育する特徴を持った海草であり,コアマモ藻場が干潟と藻場の機能を融合する空間と捉えられることから研究対象として選定した.コアマモの生育状況および環境条件を明らかにするとともにコアマモ群落が底生動物相を豊富化する機構について検討を行った.コアマモの生育状況及び環境条件潮間帯の中でも冠水時間の長い低潮帯においてバイオマス量が多いことが示され,地上部は初夏に繁茂し,冬季に減少するが,地下部は年間を通じて変動が少ないことがわかった.また,これまでの研究において中央粒径0.005mm(シルト・粘土含有率が4%以上)の砂泥質で生育すると報告されていたが,本研究から中央粒径0.18mm(シルト・粘土含有率0.001%)の砂質でも生育可能であることが明らかとなった.コアマモ群落と底生動物の関係多毛類の個体数と種類数は裸地よりも藻場の方で多く,地下部バイオマスと有意な正の相関を示した.また,底生動物の生息個体数は同じ底質の有機物量であっても藻場の方で多いことがわかった.これは有機物の増加が直接的に底生動物相の豊富化を招いているのではなく,コアマモの存在に依存している可能性が示され,コアマモによる干潟堆積物への有機物供給が餌料の面で多毛類の生育環境を改善していると考えられた.さらに甲殻類の個体数と種類数は,裸地よりも藻場の方で多く,株数密度と有意な正の相関を示すことから,その要因は林冠構造による生息環境改善効果によるものと推測された.また,二枚貝稚貝の付着基盤として,コアマモの重要性が示された.干潟および藻場を相互に連携する複合生態系として捉え,干潟に生息する底生動物が海草群落に及ぼす作用ならびに海草が底生動物に与える影響を現地調査,室内実験を通じて,共存の効果に着目した浅海域の自然浄化能力を定量的に明らかにすることを目的とした.1.コアマモおよび底生動物の生息環境・機能に関する現地調査コアマモは潮間帯にパッチ状に生育する特徴を持った海草であり,コアマモ藻場が干潟と藻場の機能を融合する空間と捉えられることから研究対象として選定した.コアマモ群落内外において底質と底生動物の分布を調査・比較し,コアマモが底質や底生動物に与える影響について考察した.株数,現存量,草長は同じパッチ状群落内でも岸側より沖側の方で大きい傾向を示し,コアマモの草長等を決定付ける要因として汀線からの距離が関係している可能性が示された.群落内に出現した二枚貝の1個体あたり平均湿重量は,群落外の個体の約2.6倍を示し,群落内は二枚貝の成長に正の効果を与えていると考えられた.また,多毛類は群落外と比較して群落内で個体数,種類数,多様度指数が高いことから,裸地と比較してコアマモ群落が多毛類の多様性維持に有利に働くことがわかった.これら結果は地下茎や根が二枚貝や多毛類に生息場を提供するとともに,コアマモ地上部の静穏効果によって懸濁物が沈降し,さらに根の枯死によって有機物が供給され,それらを餌料とする堆積物食者にとって有利な環境となることが要因と考えられた.2.コアマモの生息環境に及ぼす二枚貝の役割コアマモとアサリの共存によるコアマモの生育環境への効果を室内実験において評価した.アサリによる有機物の摂食,分解・無機化,放出という働きにより水槽内の環境が次の点で改善され,コアマモの生育環境が良好なものになった.(1)底質の泥化を防いだ.(2)光環境の改善がなされた.(3)海水中の栄養塩環境が改善された.コアマモは潮間帯にパッチ状に生育する特徴を持った海草であり,コアマモ藻場が干潟と藻場の機能を融合する空間と捉えられることから研究対象として選定した.コアマモの生育状況および環境条件を明らかにするとともにコアマモ群落が底生動物相を豊富化する機構について検討を行った.コアマモの生育状況及び環境条件潮間帯の中でも冠水時間の長い低潮帯においてバイオマス量が多いことが示され,地上部は初夏に繁茂し,冬季に減少するが,地下部は年間を通じて変動が少ないことがわかった.また,これまでの研究において中央粒径0.005mm(シルト・粘土含有率が4%以上)の砂泥質で生育すると報告されていたが,本研究から中央粒径0.18mm(シルト・粘土含有率0.001%)の砂質でも生育可能であることが明らかとなった.コアマモ群落と底生動物の関係多毛類の個体数と種類数は裸地よりも藻場の方で多く,地下部バイオマスと有意な正の相関を示した.また,底生動物の生息個体数は同じ底質の有機物量であっても藻場の方で多いことがわかった.これは有機物の増加が直接的に底生動物相の豊富化を招いているのではなく,コアマモの存在に依存している可能性が示され,コアマモによる干潟堆積物への有機物供給が餌料の面で多毛類の生育環境を改善していると考えられた.

さらに甲殻類の個体数と種類数は,裸地よりも藻場の方で多く,株数密度と有意な正の相関を示すことから,その要因は林冠構造による生息環境改善効果によるものと推測された.また,二枚貝稚貝の付着基盤として,コアマモの重要性が示された.
難治性腎癌に対するHOTAIRを標的とした治療法の開発のための基礎検討

腎癌は、泌尿器悪性疾患のなかで前立腺癌、膀胱癌に次ぐ3番目に罹患率の高い悪性腫瘍であるが、死亡率は約40%と最も高いことが特徴である。腎癌は転移傾向の強い癌であり、診断時には約40%の例で転移性腫瘍が存在する。転移例の生存率中央値は約13ヶ月、5年生存率は9%と極めて予後不良である。近年、分子標的治療薬の出現により転移性腎癌患者の治療は大きな進歩を遂げたが、根治は期待できず、いずれは耐性化し増悪することが問題となっている。したがって、転移性腎癌に対する治療効果を高めるために、全く新しい治療標的を探索することは極めて切実な課題である。分子標的薬の出現により、転移性腎癌の治療は大きく進歩した。しかし、いずれは耐性化し、増悪することから、新しい治療法の開発が急務である。申請者の基礎検討により、Long non-coding RNAのHOTAIRが転移性腎癌症例に選択的に高発現しており、予後不良因子であることを世界に先駆けて明らかにした。次いで、HOTAIRが腎細胞癌の遊走、浸潤能を増強することを証明し、マイクロアレイ解析を用いて標的遺伝子を複数個同定した。これらの一連の研究成果を踏まえ、本研究は難治性腎癌に対する画期的な治療法開発を最終目標に、HOTAIRの悪性化促進機序の関連を解明し、HOTAIRを標的とした治療の有効性を検証することを目的とする。本年度はHOTAIRノックダウン細胞を作成し、PBMCとの共培養によってリンパ球サブセットの変動を解析した。順調に進んでいる1)腎癌手術検体におけるHOTAIRの発現と臨床因子の関連を解析する;2)HOTAIRによって制御される分子を網羅的遺伝子解析にて同定し、機能解析を行う;3)腎癌悪性化と関連する癌幹細胞特性、癌代謝との関連をHOTAIR発現抑制or亢進腎癌細胞を用いて明らかにする;4)HOTAIRがTAMやMDSCの集簇に関与しているか解明する;5)HOTAIRを治療標的としたSi RNAの開発および効果の検討腎癌は、泌尿器悪性疾患のなかで前立腺癌、膀胱癌に次ぐ3番目に罹患率の高い悪性腫瘍であるが、死亡率は約40%と最も高いことが特徴である。本年度は、HOTAIRの発現と臨床情報との相関を、自験例を用いて解析した。また、HOTAIRが微小環境のリンパ球に与える影響を末梢血リンパ球を用いて検討した。末梢血リンパ球を用いた解析の条件検討に、予定以上の時間がかかっている。

順調に進んでいる1)腎癌手術検体におけるHOTAIRの発現と臨床因子の関連を解析する;2)HOTAIRによって制御される分子を網羅的遺伝子解析にて同定し、機能解析を行う;3)腎癌悪性化と関連する癌幹細胞特性、癌代謝との関連をHOTAIR発現抑制or亢進腎癌細胞を用いて明らかにする;4)HOTAIRがTAMやMDSCの集簇に関与しているか解明する;5)HOTAIRを治療標的としたSi RNAの開発および効果の検討1)腎癌手術検体におけるHOTAIRの発現と臨床因子の関連を解析する;2)HOTAIRによって制御される分子を網羅的遺伝子解析にて同定し、機能解析を行う;3)腎癌悪性化と関連する癌幹細胞特性、癌代謝との関連をHOTAIR発現抑制or亢進腎癌細胞を用いて明らかにする;4)HOTAIRがTAMやMDSCの集簇に関与しているか解明する;5)HOTAIRを治療標的としたSi RNAの開発および効果の検討末梢血リンパ球を用いた解析の条件検討に予定以上の時間がかかっているため、他に予定していた実験が遅れている。次年度に他の実験も含めて急ぎ進める。次年度はsiRNAを用いた解析や、代謝変動を見るためのキットに費用がかかることが予想されるため。
金属短針電流雑音誘起機構による半導体単一電子トラップ検出と評価

半導体中の電子トラップは各種半導体デバイスの信頼性劣化の要因となっており、信頼性の本質的改善には個々のトラップの位置と性質を知り制御する必要がある。しかしながら個々のトラップを捉えて素子に与える影響を直接的に評価する手段がまだない。本研究の目的は、独自に見いだした金属短針と半導体表面の微小領域容量結合による雑音誘起メカニズムと高い空間分解能をもつ走査プローブ顕微鏡技術を組み合わせた新しい計測系を確立し、単一電子トラップを評価する手法を開拓することである。平成30年度は、本研究の電荷検出技術の応用展開を図り、単一分子からなる微小ナノ粒子の電荷状態の時間変化計測を試みた。計測対象分子として多数の電荷を充放電することが知られているポリ酸(polyoxometalate、POM)を用い、電荷センサとなるGaAs系ナノワイヤ表面に所望の密度の分子ナノ粒子を分散する方法と条件を確立した。低密度のPOMナノ粒子を分散させた状態でAFM金属短針をアプローチし、ナノ粒子と短針が容量結合した状態においてナノワイヤ電流変動が生じること、および、短針にバイアス印加することで大きな電流変動を実験的に捉えた。観測された電流変動量から電荷量を見積り、多数の電荷が一斉に充放電することを明らかにした。Nature Communication 9, p. 2693 (2018)でTanakaらが仮説として立てていたPOMナノ粒子の一斉電荷充放電を実験実証することに成功した。さらに電流変動量は大気中の湿度と強く相関しており、環境の水分子が多いほど電流変動量が大きくなることを見いだした。この結果から、POMナノ粒子の特徴的な電荷ダイナミクスが環境との相互作用により生まれていることがわかった。半導体中の電子トラップは各種半導体デバイスの不安定性、寿命、雑音など、多くの信頼性劣化要因となっている。本質的な信頼性改善には個々のトラップの位置と性質を知り制御する必要がある。しかしながら個々のトラップを捉えて素子に与える影響を直接的に知る手段はまだ存在しない。これを可能にする計測手法が望まれている。以上を背景のもと、本研究の目的は、独自に見いだした金属短針と半導体表面の微小領域容量結合による雑音誘起メカニズムと高い空間分解能をもつ走査プローブ顕微鏡技術を組み合わせた新規計測系を確立し、単一電子トラップを評価する手法を開拓することである。平成28年度の研究実施計画は(1)計測系の確立:現有の走査プローブ系に適合する被測定サンプルの電極コンタクト用超低雑音プローブを設計導入し、被測定サンプル準備および測定の効率を高める。(2)高い捕獲エネルギートラップ検出方法の開拓:現状では、時定数が非常に長く現実的に計測な時間スケールで電流変化が生じない場合が多いことが問題となっている。本問題解決のため、短針バイアスコントロールを取り入れる。局所的な表面ポテンシャルの変化を通し、単一トラップの捕獲エネルギーを補償することで、ナノワイヤとトラップの電荷のやり取りすなわちランダムテレグラフ雑音を誘起させて、当該トラップの検出を可能にする。本年度の実施研究は、計画のうち(1)の超低雑音プローブを計測器メーカと設計し現有の原子間力顕微鏡(AFM)系に導入した。これを使用し素子の雑音測定が可能であることを確認し、準備と測定の効率化が可能になった。また(2)についてバイアス印加によって、バイアス0の際には検出不可能なトラップの検出が可能であることを実験的に示した。よって計画はほぼ達成することができた。ほぼ当初計画通り進捗している。現有の走査プローブ系に試作素子との電気的接触をとるための超低雑音プローブを設計し導入した。これによりサンプル準備や測定が効率的に行えるようになった。また、短針バイアス印加によってエネルギー的に深い位置にある表面トラップの検出に成功し、当初のコンセプトを実験実証できた。空間分解測定のための短針スキャンと雑音計測を自動化する機能の実装に着手した。本質的な信頼性改善にはここのトラップの位置と性質を制御する必要がある。しかしながらここのトラップを捉えて素子に与える影響を直接的に知る手段はまだ存在しないため、これを可能にする計測手法が望まれている。以上の背景のもと、本研究の目的は、独自に見出した金属短針と半導体表面の微小領域容量結合による雑音誘起メカニズムと高い空間分解能をもつ走査プローブ顕微鏡技術を組み合わせた新規計測系を確立し、単一電子トラップを評価する手法を開拓することである。平成29年度研究実績は、1単一トラップ物性を知るための重要なツールとして、熊本大学谷田部然治助教との共同研究により雑音スペクトルからトラップ充放電時定数分布をフィッティングに頼らずに解析的に導き出す強力な雑音解析方法を確立した。2短針空間スキャンための基礎データとして、トラップの影響がない場合のナノワイヤ電流の短針位置依存性に関する情報を得た。3本研究の検出技術を単一分子電荷ダイナミクス検出へ応用する検討を開始し、また大阪大学赤井恵助教との共同研究によりカーボンナノチューブを用いた分子単一電荷充放電を観測し、充放電時定数と分子内電子準位との対応があり、雑音解析により分子種を同定する可能性が得られた。また半導体ナノワイヤFETをもちいてポリリン酸(POM)分子の電荷状態を測定した。単一分子で多段の酸化還元を起こすことで知られているが、本測定においてもそれに符合する単一分子から多段の電荷充放電にもとづく電流雑音が観測された。ナノワイヤ電流雑音

スペクトルからトラップ充放電時定数分布を解析的に導き出す画期的雑音解析方法の確立、分子分散ナノワイヤの電流雑音解析から分子の電子準位に関する情報取得の可能性を明らかにするなど、本研究の目標達成および今後の応用において非常に有益な成果が複数得られた。一方、半導体ナノワイヤの単一トラップ測定における再現性の問題が明らかになり、測定系自体の雑音が少ない初期状態の実現など再現性の確保に予定以上の時間を要した。以上を勘案し概ね順調に進展していると評価する。半導体中の電子トラップは各種半導体デバイスの信頼性劣化の要因となっており、信頼性の本質的改善には個々のトラップの位置と性質を知り制御する必要がある。しかしながら個々のトラップを捉えて素子に与える影響を直接的に評価する手段がまだない。本研究の目的は、独自に見いだした金属短針と半導体表面の微小領域容量結合による雑音誘起メカニズムと高い空間分解能をもつ走査プローブ顕微鏡技術を組み合わせた新しい計測系を確立し、単一電子トラップを評価する手法を開拓することである。平成30年度は、本研究の電荷検出技術の応用展開を図り、単一分子からなる微小ナノ粒子の電荷状態の時間変化計測を試みた。計測対象分子として多数の電荷を充放電することが知られているポリ酸(polyoxometalate、POM)を用い、電荷センサとなるGaAs系ナノワイヤ表面に所望の密度の分子ナノ粒子を分散する方法と条件を確立した。低密度のPOMナノ粒子を分散させた状態でAFM金属短針をアプローチし、ナノ粒子と短針が容量結合した状態においてナノワイヤ電流変動が生じること、および、短針にバイアス印加することで大きな電流変動を実験的に捉えた。観測された電流変動量から電荷量を見積り、多数の電荷が一斉に充放電することを明らかにした。Nature Communication 9, p. 2693 (2018)でTanakaらが仮説として立てていたPOMナノ粒子の一斉電荷充放電を実験実証することに成功した。さらに電流変動量は大気中の湿度と強く相関しており、環境の水分子が多いほど電流変動量が大きくなることを見いだした。この結果から、POMナノ粒子の特徴的な電荷ダイナミクスが環境との相互作用により生まれていることがわかった。(1)ナノワイヤ電流雑音の短針バイアス依存性を詳細に測定解析することにより単一トラップに関する物性評価が可能であることを示す。(2)空間分解測定のための短針スキャンと雑音計測を自動化する機能の実装を引き続き進める。(3)本研究の検出技術を単一分子の電荷ダイナミクス検出へ応用する検討を開始する。平成30年度の研究推進方策は、半導体ナノワイヤの単一トラップ測定における再現性を確保した上で、ナノワイヤ電流雑音の測定位置依存性評価解析を可能にする。再現性の問題は実験室を含めた計測系の雑音が変動することに由来しており、雑音源を突き止めてコントロールする。また、本研究の計測系を単一分子のダイナミック電荷評価に応用し、多段参加還元を行うポリリン酸(POM)分子の電荷計測と解析を試みる。
がん化学療法における吃逆の実態把握とエビデンスに基づく治療法の精査・確立

【背景】副作用の予防や治療を目的として様々な薬剤が使用されているが、適応外もしくはエビデンスが構築されていない薬剤も多い。シスプラチンを用いたがん化学療法において、高頻度に吃逆の副作用が報告されている。吃逆に適応を有する治療薬は、本邦ではクロルプロマジンおよび呉茱萸湯のみであるが、実際は各施設において適応のない医薬品が適応外使用として用いられている。しかしながら、明確なエビデンスは存在しない。適応外の薬剤が広く使われている現状において、適応外の薬剤が用いられる根拠や各薬剤の有効性および安全性を明らかにすることが重要である。【目的】本研究の目的は、本邦の文献調査を通して、吃逆治療として用いられている各薬剤の有効性および安全性を明らかにし、エビデンスに基づく吃逆治療を精査することである。【方法】医中誌Webにて、「吃逆」、「治療」、「各薬剤名(クロルプロマジン、呉茱萸湯)」をキーワードとするand検索により文献調査を行う。薬剤ごとに適応の有無、研究デザイン、掲載誌名、発表年、用法用量、データ数、結果、有害事象を集計する。【結果】医中誌Webにて、「吃逆」、「治療」、「各薬剤名」をキーワードとするand検索により文献調査を行った結果、239件の文献が抽出され、そのうち原著論文は58件、学会発表要旨が181件であった。原著論文58件および学会発表要旨181件のうち、症例報告はそれぞれ45件、160件であった。吃逆への適応を有さない医薬品の一般名で層別しても、文献の多くが症例報告であるという結果は同様であった。【結論】本文献調査の結果、吃逆治療に対する適応外使用医薬品の根拠の多くが症例報告であり、有効性をランダム化比較試験で評価した和文原著はなかった。今後、海外文献調査を進め、さらにエビデンスの精査を行っていく予定である。
関節拘縮発生の予防を目的とした皮膚に対する伸張運動の効果に関する研究

本研究の目的は,関節拘縮の発生を予防するために皮膚に対して関節運動を伴わない伸張運動を実施することで,皮膚の柔軟性と関節可動域が改善するのかを明らかにすることである。対象はラットとし,対照群,関節を固定する固定群,関節固定を除去して関節運動を伴わない伸張運動を行う伸張運動群の3群に分けた。測定項目は皮膚の柔軟性と関節可動域とし,それぞれを3群間で比較した。結果,伸張運動群は固定群と比較して皮膚の柔軟性、関節可動域ともに有意差を認めた。皮膚に対する関節運動を伴わない伸張運動は,皮膚の柔軟性と関節可動域を改善することが明らかとなった。関節拘縮は,日常生活上での動作に影響を及ぼすため予防することが重要である。しかし,ギプス等で関節固定を余儀なくされた場合,関節拘縮の発生を予防するための関節運動を行なうことが困難となる。唯一皮膚は,ギプスを開窓することで関節運動を伴わず治療として伸張運動を行うことが出来る。しかし,皮膚に対する伸張運動は,皮膚の伸張性を維持および改善するとした報告は見当たらず,早急に明らかにすべき課題である。本年度は,皮膚に対して伸張運動を行なうことで皮膚の柔軟性を維持することができるかどうかを明らかにすることを目的に検証を行なった。対象は雄のWistar系ラットとした。実験期間は1週間とした。ラットは無作為に対照群と固定群および伸張運動群の3群に振り分けた。固定群と伸張運動群はラットの右足関節を石膏で固定し,伸張運動群はさらに1日1回固定を除去し足関節の皮膚に対して伸張運動を行なった。全てのラットは,実験最終日に皮膚の柔軟性を測定した。皮膚の柔軟性は,引張り試験機(島津製作所社製)を用い皮膚に対して引張り試験を実施し,長さ-張力曲線から求めた。皮膚の柔軟性に関して,伸張運動群は固定群と比較して有意差を認めた。このことから皮膚に対する伸張運動は,皮膚の柔軟性を維持することが明らかとなった。次年度は,本年度の結果を参考にして,高齢者を想定した高齢のラットを用い,皮膚に対する伸張運動が皮膚の柔軟性に及ぼす影響を明らかにする予定である。関節拘縮の発生を予防するためには,自動もしくは他動的に関節運動を行い関節の動きを維持する必要がある。皮膚や骨格筋などの組織に対しては,通常関節運動に伴って伸張運動を実施するが,特に皮膚は関節を動かすことが困難な場合にも関節を動かさずに伸張運動を実施することが可能な組織である。関節拘縮は,関節運動が困難な状態においても,皮膚の柔軟性を改善することで抑制効果が期待される。しかし,皮膚は関節運動を伴わない伸張運動で柔軟性を改善することが可能かどうかについてはあまりよく知られておらず,早急に明らかにすべき課題である。本年度は,皮膚に対して関節運動を伴わない伸張運動を行なうことで皮膚の柔軟性を改善することが可能かどうかを高齢者を想定し高齢ラットを用いて検証を行なった。ラットは無作為に対照群と固定群および伸張運動群の3群に分けた。固定群と伸張運動群はラットの右足関節を石膏で固定し,伸張運動群はさらに1日1回固定を除去し足関節の皮膚に対して関節運動を伴わない伸張運動を行なった。全てのラットは,実験最終日に引張り試験機を用いて皮膚に引張り試験を実施し,一定の力を加えた際の伸張距離を皮膚の柔軟性の指標として測定した。結果,伸張運動群は固定群と比較して皮膚の柔軟性に有意差を認めた。このことから皮膚に対する関節運動を伴わない伸張運動は,皮膚の柔軟性を改善することが明らかとなった。次に,皮膚に対する関節運動を伴わない伸張運動は,関節可動域を改善することができるかどうかを明らかにするために検証を行った。対象は雄の若齢ラットとした。実験手法はこれまでの我々の方法と同様である。実験最終日に足関節の背屈可動域を測定した。結果,伸張運動群は固定群と比較して関節可動域に有意差を認めた。皮膚に対する関節運動を伴わない伸張運動は,関節可動域を改善することが明らかとなった。平成26年度計画若齢ラットを対象とした皮膚に対する伸張運動の効果の検証理学療法学平成27年度計画高齢ラットを対象とした皮膚に対する伸張運動の効果の検証発表予定の国際学会へ参加するための費用を次年度に繰越したため。次年度に購入する実験動物の金額が予定よりも高価であったため。実験動物の購入費、学会参加費及び交通費等、実験施設までの交通費、論文の校正及び掲載費等、書籍の購入費
心筋虚血再潅流障害における細胞内プロテアーゼの役割

心筋は、短時間の虚血後再潅流により、壊死には至らないが一過性の収縮不全を示す(stunned myocardium)。現在まで、stunned myocardiumの収縮不全は、収縮機構のCaに対する反応性の低下によること、虚血再潅流時のCaオーバーロードが重要な役割を担うことが明らかにされてきた。我々は、プロテアーゼ阻害剤の投与によりstunningが軽減されることにより、虚血再潅流時のCaオーバーロードによりCa依存性プロテアーゼが活性化され収縮蛋白に変化が生じるとの仮説をたてた。平成5年度奨励研究の援助により、60分虚血再潅流心より精製したmyofibrilを蛋白電気泳動法で解析し、Zバンドの構成蛋白の一つであるα-actininが減少していること、また、desmin、spectrinにも同様の変化があることが明らかとなった。そこで、本研究では、stunned myocardiumにおいてこれらの構造蛋白に変化があるか否か、その変化と収縮不全との関連性について検討した。モルモット摘出潅流心を用い、15分のglobal ischemia後再潅流してstunned myocardiumのモデルを作成した。血行動態計測後、心臓を-80°Cに急速凍結し、α-actinin、desmin、spectrinに対する抗体を用い免疫組織学的手法により検討した。非虚血コントロール心では、α-actininはZバンドに、desminはZバンド及び介在板に、spectrinはZバンド及び細胞膜に染色性を示した。stunnedmyocaridumでは、心筋の一部にこれらの抗体で染色されない部分が存在し、その領域はいずれの抗体の染色でも一致していた。この染色性低下域の面積と再潅流後の発生圧の回復率との関係を非虚血コントロール心、15分虚血及び20虚血再潅流心で調べたところ、両者の間には良好な相関関係が認められた。この非染色域は、15分虚血後再潅流しなかった心筋では認められず、また、Caを含まない液で再潅流した場合にも認めなかった。また、プロテアーゼ阻害剤leupeptinの投与により、染色性低下域の面積が縮小され、その程度に応じてstunningが軽減された。以上より、stunned myocardiumでは、心筋の一部でZバンド周辺の構造蛋白に変化が生じており、収縮不全の一因と考えられること、この変化には、再潅流時のCaオーバーロードに伴う細胞内プロテアーゼの活性化が関与する可能性が示唆された。