hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
成長に伴う腎薬物トランスポータの変動機構解明と薬物動態への影響

薬物腎排泄における重要な膜タンパクである薬物トランスポータの成長における変動と薬物腎排泄に対する影響について検討した。その結果、生後0日から8週にかけて、薬物トランスポータの発現量は増加するが、トランスポータごとに発現変動の時期が異なることが示唆された。一方、薬物の尿中排泄速度は2週齢ラットにおいて8週齢ラットと比較して顕著に低く、トランスポータ発現量が薬物腎排泄の低下につながると示唆された。本研究は、薬物腎排泄における重要な膜タンパクである薬物トランスポータに焦点をあて、さらに成長におけるこれらトランスポータの変動と薬物腎排泄に対する影響について検討した。本研究では、発達過程における腎薬物トランスポータの発現変動について検討した。生後0日から8週にかけてのWistar/ST系ラットの腎臓より、total RNAおよび粗膜画分を調製し、発達過程におけるOAT1、OAT3、MRP2、MRP4のmRNAおよびタンパク質発現量の変化を調べた。生後0日から8週にかけて、OAT1とOAT3のmRNAおよびタンパク質発現量は増加した。一方、MRP2とMRP4の発現量は、生後0日では検出されず、生後2週で検出され、8週にかけて増加した。以上より、薬物トランスポータの発現量は発達過程において増加するが、側底膜側に発現するOAT1およびOAT3と、刷子縁膜側に発現するMRP2およびMRP4では発現変動の時期が異なることが示唆された。さらに免疫組織学的検討から、腎臓の成熟過程に伴って各トランスポータの局在が変動することが明らかとなった。一方、アニオン性のモデル薬物であるPSPの尿中排泄速度は2週齢ラットにおいて8週齢ラットと比較して顕著に低下しており、PSPが主に尿細管分泌される薬物であることを考え合わせると、トランスポータ発現量の低下が薬物腎排泄の低下につながると示唆された。本研究は発達過程における薬物トランスポータの変動と薬物動態に与える影響について明らかにすることを目的としている。本年度はラットをモデル動物として用い、腎薬物トランスポータ、特にアニオントランスポータの発現変動について明らかにした。発現量についてはmRNAをリアルタイムPCR法によって、タンパク発現量をWestern Blottingによって評価した。生後0日から生後2週齢までのラットでは、生後8週齢のラットと比較して腎尿細管頂側膜に発現するMRP2やMRP4の発現量が低いことが明らかとなった。一方、側底膜側のOAT1やOAT3発現量は生後2週齢において、8週齢ラットと比較してほぼ同程度の発現量となっていた。さらに、腎組織内での発現分布について比較したところ、生後0日のラットではOATとMRPはともに皮質の内層部に発現が認められた。しかし、これらの発現は生後日数に伴って、外層へと移動し、生後2週齢では成熟ラットと同様に皮質外層部まで発現が認められた。一方、アニオン輸送系のモデル薬物である腎機能検査薬フェノーススルホンフタレインの尿中への排泄について検討したところ、2週齢のラットでは8週齢のラットと比較して有意に低い値を示した。以上の結果から、腎臓からのアニオン排泄能は年齢とともに成熟し、トランスポータ発現量と相関することが明らかとなった。特にPSPの排泄低下は刷子縁膜側のMRPの変動に影響される可能性が考えられた。これらの成果は、小児と成人との薬物動態の違いを明らかにするうえで有用な基礎的知見である。本年度はアニオントランスポータについて発現変動と薬物動態への影響について明らかにした。またこれらを学術誌および学会にて報告している。これらは、当初の年次実験計画に沿った物である。また、平成24年度の実験計画についても予備的な検討を開始している。従って、概ね研究は順調に進展していると考える。今後はさらに対象トランスポータを拡充することを予定している。腎臓にはさらに有機カチオン輸送系やペプチド輸送系が機能していることが知られており、これらの変動と薬物動態との関連について焦点を当てる。具体的には平成23年度までの実験手法を踏襲することによって、すみやかな実験計画の遂行を試みる。上記の実験計画を推進する上で必要となる消耗品の費用に充てる。平成23年度と同様に、動物実験や輸送実験に伴う機器・備品の購入も予定している。また、平成24年度は研究計画の最終年度に当たることから、成果報告のための旅費および論文投稿料、英文校正費用などに研究費を充当する。
声帯振動の３次元計測と音声ダイナミクス・プロファイリング

声帯振動の3次元計測および音声のダイナミクスについてプロファイリングにおける基礎的検討をおこなった。声帯振動の3次元計測に関しては、新しく構築したステレオ喉頭側視鏡を用い、声帯振動のステレオ喉頭デジタル撮像のステレオマッチングの方法を提案、実装した。それらの方法を用い、発声中にin vivoで記録された高速度デジタル画像から、声帯縁の上下動を分析た。音声のダイナミクスのプロファイリングをおこなうための基礎的な検討として、喉頭全体の筋緊張を反映するとされるパラメータである声門開放時間率を、構造的な音声課題を用いて異なる定義の声門開放時間率と音響パラメータを比較した。声帯振動のステレオ高速度撮像に関しては,新たなステレオ側視鏡を導入し較正データを構築した.また,SAD法を用いたステレオ高速度撮像のステレオマッチング法を実装し,三次元動画の再構成の新たな方法を提案し実装した(D. Sommer氏と共同研究).この方法により,声帯振動中の声帯の上下動が計測され,2 mm程度の粘膜波動による辺縁部の変位がみられることが明らかになった.実体モデルに計測に関しては,人工吹鳴実験システムの構築をおこなった.声帯振動のダイナミクスと等価なパラメータの抽出に関しては,健常者の高速度データ,病的音声の患者のデータ収集を行った.ダイナミクスプロファイリング用の課題設定に関しては,構造的な課題群の雛形を提案し,健常者に関して,空力学的データを同時に収集した.声帯振動のダイナミクスを表現する上で重要なステッフネスと関連した喉頭全体の筋緊張を射影する,声門開放時間率について,間接的及び直接的計測方法について抽出方法を比較し,特徴量の適用範囲について明らかにした.異なるF0,インテンシティの発声に関する,高速度デジタル撮像および空力学的データの収集を行った.健常者の音声についての基本的な発声課題に関するダイナミクスのプロファイリングとして、強さ、高さを変えた発声課題に関し、様々な発声様式で発声された音声、EGG (電気式声門図)、および、発声中の声帯振動に関して、Oq、Sqなど声帯振動様式に関連するパラメータの変化を分析しパラメータと発声課題の変数との関係を分析した。また、病的音声についても、声帯振動の基本パラメータの健常者との差について分析、考察をおこなった。発声様式の重要な軸である、tenseとlaxの軸においては、EGG-Oqよりも、高速度デジタル撮像におけるマルチラインでの声門幅図を用いたOqの平均化したものが最も特徴量として用いることが有用であり、定常発声においては、様々な定義でのOqは、声のFoや、大きさとの相関がないという従来研究の結果が支持された。声帯前後の振動の位相差は、浮腫性では前方が先行し、萎縮性では後方が先行し、声帯の物性のプロファイリングには有用な指標であることが明らかになった。声帯振動の3次元撮像ではステレオ側視鏡を用い、in vivoで声帯振動の高速度ステレオ撮像をおこない、SAD法によるステレオマッチングを実施し、発声中の声帯縁の上下の変動の解析をおこなった。地声発声で8--10 mmの変動が、326 Hzの男性の比較的高い声では2--4 mm程度の変動が計測された。これらの結果は、従来の吹鳴実験によるin vitroの実験結果とほぼ一致した。生理計測データからのダイナミクスを表現するパラメータの抽出は,論文化された物以外にも,詳細に検討がおこなわれた.物理モデルによるシミュレーションは実施途中であるが,変数として動かすべきパラメータの検討は進んでおり,次年度以降に,研究計画書で予定した研究成果がある程度得られるものと考える.音声科学平成27年度は,研究計画の最終年度であり,音声ダイナミクスプロファイリングを作成するために必要な構造的なタスクおよび分析方法を確立する.そのために,少人数の被験者を対象とした生理データ,空力学データの収集と,大人数の被験者(音声障害者を含む)に関する,間接的計測方法を首としたデータ収集を実施し,分析を行なう.ステレオ高速度撮像に関しては,達成目標である,新しい側視鏡の較正,および,精度の高いステレオマッチング法の提案,実装,応用については,目標をすべて達成した.実体モデルによる吹鳴実験は,定盤の購入,設置,コンプレッサの設置は終了したが,実体モデルの作成,高速度撮像は,次年度に持ち越された.声帯のダイナミクスと等価なパラメータの抽出に関しては,データが蓄積され,当初の目標をほぼ達成した.発声課題の設定については,リアルタイムフィードバックシステムは構築中であるが,課題のノードの決定,音圧の簡易較正の方法については,当初の目標を達成した.被験者を用いた実験の実施を平成27年度に順延したため,人件費,謝金の使用が先送りになった.2014年度は,当初の計画通り,計測データに基づく物理モデルによるシミュレーションを行なう.

計測データとしては,吹鳴実験による実体モデルの計測データ,in vivoでの高速度デジタル撮像を用いる.2014年度第1四半期に,分担者の施設において新型高速度カメラを導入することが決まっており,計測系を構築し,高速度カメラ2台を,健常者,患者ともにデータを収集する予定である.今年度は,人件費については被験者を用いた実験によって,予算を執行する予定である.新型ハイスピードカメラ導入に伴い,複数施設にて同時に生理計測を行う体制を確立する予定である.それに伴い,マルチチャネルデータレコーダを1台導入する予定であったが,ハイスピードカメラの稼働が2014年度4月以降になったため,データレコーダ購入が遅延した.生理計測データ収録用マルチチャネルデータレコーダを購入する予定である.ただし,スペックによっては,予算額を越えるので,その場合は,吹鳴実験用の実体モデル作成に合算する予定である.
タイにおけるテクノロジー・マネジメント・センターの形成と課題

1980年、アメリカで制定されたバイ・ドール法により、TLOが生み出され、産学技術移転策は世界的な潮流になる。こうした潮流を受けて、先進国はTLOを形成したが、途上国はTMCを形成する。そこで、TLOとTMCの形成過程と機能などを解明することにより、産学技術移転には先進国型と途上国型があり、TLOとTMCの組織構造が異ならざるをえなかった背景を追究し、途上国における必要性を明らかにすることにより、その一般化を図った。大学や公的研究機関の研究成果を民間企業に移転・活用させることを通じて、イノベーションを実現し新たな産業発展の基盤を確立しようとする産業技術移転策が世界的潮流となり始めている。欧米や日本などの先進国はもとより、タイなどのアセアン諸国でも採用され始めている。但し、タイなどにおける技術移転機関(Technology Licensing Organization、以下TLOと略す)は、TLOという独立した機関としてではなく、コンサルティングや資金支援などを行う機関を含むTMC (Technology Management Center)の一部として形成されている。研究初年度である19年度は、タイで先駆的にTMCを形成するだけでなく、大学部門に対してもモデルを提供しようとしている国家科学技術開発機構(National Science & Technology Development, NSTDA)のTMCを対象にして、TLOがTMCの一部門として形成された背景を探り、TMCを巡るリサーチ・アジェンダの提示を目的とする。その理由は、NSTDAのTMCがタイでは最も整備されたTLOであり、その形成と展開を検討することにより、タイにおいて、TLOがTMCの一部門として形成された原因や課題を解明できるのではないかと考えたからである。こうした分析により、次年度以降に予定している、タイにおけるTMC形成のもうひとつの有力組織である大学セクターの調査を通じ、「タイにおけるTMCの形成と課題」の全体像を明らかにしえるのではないか。と同時に、この課題が十分に果たされたとき、タイ以外のアセアン諸国におけるTMCの機能が明らかになり、わが国からの支援に対して、有効な提言や示唆が得られるように思われる。大学や公的研究機関の研究成果を民間企業に移転・活用させることを通じて、イノベーションを実現し、新たな産業発展の基盤を確立しようとする産学技術移転策が世界的潮流となり始めている。しかも、科学技術政策と産業政策との融合を狙う、この新たな産学技術移転政策は、欧米や日本などの先進国はもとより、タイなどのアセアン諸国でも採用され始めている。但し、タイなどにおける技術移転機関(Technology Licensing Organization、以下TLOと略す)は、独立した機関としてではなく、ビジネスインキュベーターを併設し、コンサルティングや資金支援などを行う、TMC(Technology Management Center)の一部門として形成されていた。20年度においては、19年度に実施した、タイにおけるTMC形成の主導的役割を演じた国家科学技術開発機構(National Science & Technology Development Agency、NSTDA)のTMCに対する調査研究の成果を踏まえ、タイにおけるTMC形成のもうひとつの有力組織である大学セクターのTMC調査を行った。まず、大学のTMCの全体像を知るため、タイの大学を監督するCommission on Higher Educationを訪問し、タイにおける産学技術移転政策を調査した。その結果をもとに、2006年以降に実施されたTLO支援重点11大学のうち、バンコクに所在する6大学に面談調査を依頼した。その6大学とは、チュラルンコン大学、カセサート大学、マヒドン大学、シルパコーン大学、スアン・ドュシット・ラジャッパット大学、キングモンキット工科大学ノースバシコク校である。このうち、キングモンキット工科大学以外の5大学から面談を受け入れてもらい、担当者からTMC形成過程、機能、課題などを聞き、その成果を報告書にまとめた。
情報理論に基づく未知システムのブラインド等化の体系化

ブラインド等化とは未知システムの入力信号を参照せずに、出力信号のみから未知システムの逆システムを同定し,入力信号を復元する問題である。本研究では,様々なブラインド等化アルゴリズムを情報理論的観点から整理し、ブラインド等化の理論を体系化することを目的としていた。これまでに、ブラインド等化アルゴリズムがいくつか提案されている。その発想の1つは,等化出力の確率分布を入力の確率分布に一致させることであるが、これは等化出力の分布を正規分布からできるだけ遠ざけることに相当し、パワー一定のもとで等化出力のエントロピーを最小にすることに等しい。これを最小エントロピー法という。これに対して、等化出力を独立系列にするアルゴリズムを提案した。これは,パワー一定のもとで等化出力系列に関する相互情報量を最小にすることに相当することがわかった。このように、ブラインド等化はエントロピーまたは相互情報量の最小化によって実現でき,情報理論的に統一的に取り扱えることがわかった。本研究では,最小エントロピー法と相互情報量最小化法のアルゴリズムおよびそれらに基づいて導かれる様々なアルゴリズムの収束特性を主にシミュレーションによって調べ、比較検討した。最小エントロピー法に基づくアルゴリズムは、1時刻の等化出力の確率分布しか参照していないので、等化器のセンタータップがピークを持つタップに移動しやすいこと、相互情報量最小化に基づく独立化アルゴリズムは、数時刻の等化出力を用いて等化出力系列を独立系列に近づけるので、センタータップを移動させる作用が表向きには働かず、センタータップが移動しにくいことがわかった。しかし現在のところ、徹底的に調べ尽くしたわけではないので、今後とも慎重に継続して研究しなければならない。
次世代型シーケンサによる未知病原体同定システム構築に必要な新技術開発

希少病原体(ウイルス)によるアウトブレイクへの対応には、病原体の迅速な同定が不可欠である。しかしながら未知の病原体を同定するには数ヶ月を要する(SARSでは4ヶ月)とともに、エボラウイルス等既知の病原体に対しても検査に必要とする抗体等の検査試薬は国内にほとんど存在しない。一方、ヒトのみならず野生動物の病原体についてもゲノム情報は十分な蓄積があり、病原体のゲノムの断片さえ入手できれば、即座に対策に応用できる。我々はこれまでに10時間以内に40万クローン(クローンあたり平均230塩基配列が解読)できる次世代型シーケンサー(Roche/454GSシリーズ)を用いてヒト臨床検体より病原体ゲノムの迅速同定法の実用化を目指してきた。さらに、従来と同じ性能を有するベンチトップ型シーケンサーを導入することにより、大幅なコスト削減(従来の1割程度でのランニングコスト)を果たした。これらのハイスループットシーケンサーを用い、本研究では、患者サンプル中に混入するヒトDNA/RNAを除去する新技術の開発を主たる課題としている。これまでに、各種カラムおよびヌクレアーゼをもちいた組み合わせた核酸抽出法を用いることにより、宿主および常在細菌由来ゲノム、mRNAの混入を最小限に抑えることに成功した。このシステムを用いて、原因病原体が未同定なヒト検体より種々のヒト病原体を検出することに成功した。また、ニホンザルの致死的な疾患についても病因と思われるレトロウイルスを検出することに成功した。我々はこれまでに10時間以内に40万クローン(クローンあたり平均230塩基配列が解読)できる次世代型シーケンサ(Roche/454GSシリーズ)を用いてヒト臨床検体より病原体ゲノムの迅速同定法の実用化を目指してきた。本研究では、患者サンプル中に混入するヒトDNA/RNAを除去する新技術の開発を主たる課題としている。さらに、Roche社が従来と向じ性能を有する小型化シーケンサー(従来の約1/5の機器価格)を開発し、大幅なコスト削減(従来の1割程度でのランニングコスト)を果たした。この新型機器を導入したことにより、コストダウンが進み、さらなる技術改良のフィージビリティー試験が可能となった。また、このプラットフォームを用いて、高ALT値を示す(病原体未同定の)献血者の血清より、G型肝炎ウイルスを特異的なプライマー、プローブ、抗体等を用いることなく検出することに成功した。
田畑輪換圃場の微生物群集動態を長期継続調査し水田土壌微生物群集の安定性を解明する

水田土壌中の微生物が極めて安定で頑健な群集を形成しているメカニズムの解明を目指し、田畑輪換圃場に注目し、田畑輪換による畑転換・水田復元に伴った各種土壌微生物群集の動態を長期間にわたり調査・解析する。田畑輪換の管理で生じる畑転換と水田復元が群集の存在量と構成に及ぼす影響や、群集の動態とその変化に影響を及ぼす要因を明らかにすることを目的とする。農研機構東北農業研究センター大仙研究拠点(秋田県大仙市)内の長期田畑輪換試験圃場の輪換区と対照の連年水田区より、作物(水稲)の移植前(4月)、生育中(8月)、収穫後(10月)の計3回にわたり作土土壌を採取し、DNAおよびRNAの抽出用試料として調製・保存した。また、同拠点内で田畑輪換の間隔が異なる2種類の田畑輪換試験圃場より、2008年2011年にかけて採取した土壌試料から抽出したDNAを対象に、メタン酸化細菌およびアンモニア酸化細菌の群集の動態を解析した。畑転換・水田復元時を含む全期間を通してみると、メタン酸化細菌の存在量は輪換区よりも連年水田区の方が有意に多かったが、アンモニア酸化細菌の存在量は逆に輪換区の方が連年水田区よりも多い傾向がみられた。これらの細菌群には還元条件下の土壌で生成あるいは安定に存在する化合物(メタンおよびアンモニア)を生育基質として利用する好気性細菌としての共通性があるものの、細菌群により水田土壌中での群集の存在量に影響を及ぼす要因が異なるのではないかと考えられた。対象とする田畑輪換試験圃場より継続的に土壌試料の採取を続けるとともに、これまでに採取し、保存してある試料についての解析を進めており、おおむね順調に研究が進展していると考えている。今後も対象とする田畑輪換試験圃場より継続的に土壌試料の採取を続ける予定である。輪換区については2018年はダイズ作が3年間(2013年2015年)行われた後に、2016年に水稲作に戻され3年目の水田であった。2019年は再度ダイズ畑となる予定であり、畑転換後の微生物群集の経時変化を解析するための試料採取と解析を進めていく予定である。
メディアコミュニケーションの社会的影響過程に関する研究:社会関係資本論の観点から

本年度は、社会関係資本の構成要素として重要である社会的ネットワークの実体性の判断、すなわち人々の集まりの「集団らしさ」が知覚されるプロセスを、ネットワークのサイズとネットワーク内の成員の相互作用の観点から、個人のマイクロ・レベルにおいて検討した。集団成員間の相互作用のパターンは、集団サイズによって異なることが知られている。特に、集団サイズが5の場合は成員間の直接的なコミュニケーションが主となるのに対して、サイズが10以上の場合は、成員同士の直接的な相互作用が減少し、集団の分化が起こる。また、集団のサイズが大きくなると、集団内で相互に結合したペアの数は急速に増加する。そこで、こうした相互作用パターンの違いが社会的ネットワークの実体性の知覚に影響を与えるかどうかを検討するために、コンピュータを用いた評定実験を行った。実験では、集団サイズと構造(紐帯数)を統制し、ランダムグラフとして生成された社会的ネットワークの図が刺激として提示され、その実体性が評定された。分析の結果、集団サイズが5の場合、平均紐帯数が小さいと、社会的ネットワークの実体性は低く知覚されていた。一方、集団サイズが10以上の場合、平均紐帯数が小さくても、社会的ネットワークの実体性は高く知覚されていた。これらの違いは、集団サイズによる相互作用パターンの違いと対応しており、社会的ネットワークの「集団らしさ」が、人々の持つ典型的な集団のイメージによって決定されていることを示すと同時に、Web上のコミュニティサイトなどで示される社会的ネットワークの構造に関する情報が、社会関係資本としての社会的ネットワークの機能を高める「集団らしさ」を規定する要因として認識されている可能性を示唆するものである。本研究の目的は、インターネットや携帯メールといったコンピュータを介したコミュニケーション(CMC)の利用が、社会的ネットワークや社会生活に与える影響を、マイクロ(個人内情報処理過程)・メゾ(集団・社会的ネットワーク)・マクロ(文化)の各レベルで検討し、その社会的インパクトを統合的な観点から理解することである。本年度は、メゾレベルにおける対面および携帯メールの社会的ネットワークの形成プロセスに焦点を当て、これらのネットワ憎ク構造の縦断的変化を、ネットワークにおける紐帯の非独立性を考慮した指数ランダムグラフ(p*)モデルによって検討した。大学新入生を対象として実施された一年間の縦断調査に関する分析の結果、挨拶などの弱い紐帯で構成される携帯メールの社会的ネットワークでは、対面の社会的ネットワークに比べ、時期を通じて対人関係の集中化が起こりにくいことが示された。一方、相談などの強い紐帯で構成される携帯メールの社会的ネットワークの全体構造は、対人関係の互恵性によって説明される部分が大きく、また関係の初期の段階からクラスター化が進んでいることが明らかにされた。これらの知見は、CMCの利用が弱い紐帯における対人関係の均衡化を促進する一方、強い紐帯における対人関係の選択化を促進していることを意味し、それぞれ異なる形で社会関係資本としての役割を果たしていることを示唆するものである。以上の成果は、国際学会および国内学会にて発表された。本年度は、社会関係資本の構成要素として重要な社会的ネットワークに注目し、その構造の文化差および心理的インパクトについての検討を行った。まず、他者一般に対する信頼感と特定の相手に対する関係志向性が、大学生の友人関係のネットワーク構造およびダイアド・レベルの同質性をどのように規定するのかについて、文化間で比較検討を行った。分析の結果、社会的ネットワークの構造については一般的信頼感の通文化的な影響が示されたのに対して、ダイアド・レベルの同質性については、社会的流動性の高い信頼社会(イギリス、オーストラリア、ドイツ)では一般的信頼感の影響が強く、コミットメント関係を重視する安心社会(日本、韓国)では関係志向性の影響が強いことがそれぞれ明らかとなった。これは、個人や集団のパフォーマンスや適応を高める社会関係資本としての社会的ネットワークの様態や規定因が、文化によって異なる可能性を示唆するものである。また、コミュニケーションメディアを通じた対人関係のネガティブな影響を明らかにするため、日本の高校生を対象として、携帯メール依存に関する調査を行った。携帯メールの「過剰な利用」に関する認知は、外向的なパーソナリティ特性と、「脱対人コミュニケーション」は神経症傾向的なパーソナリティ特性とそれぞれ関連していた.したがって,携帯メール依存には、他者とのコミュニケーションが活発であり,メールを多く送信してしまうために日常生活に支障が出る「外向的メール依存」と,対面でのコミュニケーションが苦手であり,その代替として,非対面,非同期的な文字コミュニケーションを過度に用いる「神経症的メール依存」の2つのタイプがある可能性が明らかとなった。このことは、高度情報化社会における「負の社会関係資本」としての携帯メールの社会的ネットワークの心理的インパクトを示すものといえる。

実験では、集団サイズと構造(紐帯数)を統制し、ランダムグラフとして生成された社会的ネットワークの図が刺激として提示され、その実体性が評定された。分析の結果、集団サイズが5の場合、平均紐帯数が小さいと、社会的ネットワークの実体性は低く知覚されていた。一方、集団サイズが10以上の場合、平均紐帯数が小さくても、社会的ネットワークの実体性は高く知覚されていた。これらの違いは、集団サイズによる相互作用パターンの違いと対応しており、社会的ネットワークの「集団らしさ」が、人々の持つ典型的な集団のイメージによって決定されていることを示すと同時に、Web上のコミュニティサイトなどで示される社会的ネットワークの構造に関する情報が、社会関係資本としての社会的ネットワークの機能を高める「集団らしさ」を規定する要因として認識されている可能性を示唆するものである。
短腸症モデルラットを用いたポリアミン摂取による治療効果の検討

ポリアミン(PA)経口摂取の治療効果を検討するためにラット短腸症モデルを作成した。同モデルにおいて標的組織である残存空腸、回腸、肝臓、全血液で投与PA濃度依存性に含有濃度が増加すること、小腸絨毛高が増高すること、糞便・血清のIgA濃度が食餌PA濃度依存性に増加するという結果が得られた。また、病理組織学的検査の結果から腸管不全関連肝障害を軽減する可能性が示唆された。糞便・血清中のIgAは腸管のバリア機能をよく反映することが知られており、PA経口摂取で残存小腸の機能を賦活化することにより完全経静脈栄養から離脱して致死的な合併症を回避し生存率を改善する可能性がある。雄性Luc-Tgラット8週令を用いて2/3小腸切除モデルを作成した。術後3週間の回復期間を設けて無作為に食餌中ポリアミン(PA)濃度別に4つの実験群(A群0%, B群0.01%, C群0.05%, D群0.1%)へと割り付けを行った。2週間後にsacrificeして空腸、回腸、肝臓、血液、糞を採取した。主なPAとして知られるputrescine、spermidine、spermineの血清、空腸組織、回腸組織中の含有量をHPLCにより測定した。PA摂取による腸管免疫増強作用を評価するために血清・糞中のIgAをELISAで測定した。組織標本を作製して空腸、回腸の絨毛高を測定・比較した。短腸症の晩期合併症である脂肪肝についても各群間で比較した。2週間各濃度PA摂取では各群間で体重に差はみられなかった。血液生化学検査血液(GOT, GPT, Alb, ChE)では特定の傾向はみられなかった。血清中のspermidine濃度は摂取PA濃度依存性に増加した。putrescine、spermineは摂取PA濃度に応じて増加する傾向はみられたが有意差は認めなかった。空腸組織、回腸組織中のPA濃度では空腸putrescine濃度と回腸spermine濃度が摂取PA濃度に逆相関する傾向を認めたが有意差はみられなかった。血清IgAは摂取PA濃度依存性に増加した。糞便中IgAは摂取PA濃度に応じて増加する傾向をみとめたが有意差はみられなかった。空腸の絨毛高はA群と比較してD群で有意に増高していたが、回腸では有意差をみとめなかった。肝臓組織所見では、A群で大半の肝細胞に脂肪滴が蓄積をみとめた。脂肪滴の面積は小さいが肝細胞の風船様腫大・炎症細胞浸潤をみとめた。D群では正常肝組織と比較して変化は明らかではなかった。雄性Lewisラット8週令に対してTreitz靭帯より5cm肛門側の空腸から回盲部10cm口側の回腸までの小腸を切除し(2/3小腸切除モデル)空腸回腸を端々吻合して短腸症モデルラットを作成した.術後3週間から1週間、体内のポリアミン(PA)を枯渇させる目的で0%PA食を摂取させた。術後4週から飼料中のPA含有量(PAはスペルミン、スペルミジンを等量ずつ混合)でA群0%,B群0.01%, C群0.05%, D群0.1%の4群に分けて自由摂食させた.経時的に体重測定と糞便採取を行いさらに4週間後(術後8週)に犠死させ,血液(GOT,GPT,Alb,ChE,IgA,ポリアミン測定),血液,空腸,回腸,肝臓を採取してPA含有量や組織学的所見を解析した.血液、各組織でスペルミン、スペルミジンの含有量が有意に増加していた。血液、糞便中のIgAが摂取PA濃度依存性に有意に増加していた。空腸絨毛高も同様に増高していた。体重や残存小腸長、生化学的なパラメタでは変化が見られなかった。飼料中に添加していないプトレシンが回腸組織においてのみ摂取PA濃度依存性に有意に増加していた。プトレシンは腸管上皮に存在する酵素により容易に分解されるため、今回得られたような増加はPA経口摂取に伴い変化した腸内細菌叢の産生量が増加した結果と考えられた。このことから当初の計画に追加して腸内細菌叢解析を行うこととした。糞便から抽出したDNAをもとに次世代シークエンサーを使って行った腸内細菌叢解析では術後3週で0%PA食に変更して1週間で細菌叢の解析に劇的な変化が見られた。8週間後の各濃度PA食を4週間摂取したあとでの腸内細菌叢の変化に関しては現在、解析中である。大量小腸切除術後の観察期間を延長して短腸症慢性期のタイムポイントで解析し、投与したPAが残存腸管から吸収されて体内各組織に分布することを明らかにした。その結果、腸管のバリア機能の指標とされるIgAがPA投与で増加することがわかり短腸症に対するPA経口投与の有効性が明らかになった。さらに、回腸組織内のプトレシン増加を手掛かりに腸内細菌叢のメタゲノム解析を行うことでPA経口摂取により腸内細菌叢に大きな変化が生じることが明らかになった。このことはPAの有効性に関与する作用機序の解明に向けて大きな手掛かりになるものと考えられる。雄性Lewisラットを用いて2/3小腸切除モデルを作成した。

術後3週間から1週間0%PA食を与え、術後4週から飼料中のPA含有量(スペルミジン、スペルミンを等量ずつ添加)で0%、0.01%(通常食と同等程度)、0.05%、0.1%摂取群の4群に分けて自由摂食させた。経時的に体重測定と糞便採取を行いさらに4週間後(術後8週間)に犠死させ,血液(GOT,GPT,Alb,ChE,IgA,各種PA濃度測定),全血液,空腸,回腸,肝臓を採取して各種PA含有量や組織学的所見を解析した。また、糞便からDNAを抽出して精製し次世代シークエンサーを用いて細菌叢解析を行った。空腸、回腸、肝臓、血液でPA含有量が食餌中PA濃度依存性に増加しており、経口摂取により有意に各組織のPA濃度が増加することが示された。特に飼料中に添加していないプトレシンが回腸組織内のみで顕著に増加していた。通常、分解酵素(DAO)が腸内に存在するため食物に含まれているプトレシンは分解が進み消化管からの吸収量(到達量)は低下する。従って本実験でのプトレシン増加は大部分がPA投与により変化した細菌叢が産生したものと推測された。残存空腸の絨毛高や腸管バリア機能の指標とされる血清・糞便中のIgA濃度も飼料中のPA濃度依存性に増加していた。PAが腸内細菌叢の変化を促進した間接的な影響か、IgAを産生する機序に直接的に働きかけた結果か詳細な機序は不明であり今後の研究課題の一つである。また、PA投与により短腸症の晩期合併症である小腸不全関連肝障害の抑制効果を組織切片で確認した。さらに、糞便から抽出したDNAを用いて行った16S rRNA配列解析による細菌叢解析では通常食からPA 0%食への切り替えで劇的な腸内細菌叢の変化を生じていた。ある特定の菌種が有意に増加しており、これを手掛かりに今後の解析を進めていく予定である。ポリアミン(PA)経口摂取の治療効果を検討するためにラット短腸症モデルを作成した。同モデルにおいて標的組織である残存空腸、回腸、肝臓、全血液で投与PA濃度依存性に含有濃度が増加すること、小腸絨毛高が増高すること、糞便・血清のIgA濃度が食餌PA濃度依存性に増加するという結果が得られた。また、病理組織学的検査の結果から腸管不全関連肝障害を軽減する可能性が示唆された。糞便・血清中のIgAは腸管のバリア機能をよく反映することが知られており、PA経口摂取で残存小腸の機能を賦活化することにより完全経静脈栄養から離脱して致死的な合併症を回避し生存率を改善する可能性がある。短腸症モデルラットは術後5週間と比較的短期間でヒト臨床で問題となる晩期合併症の一つである脂肪肝を呈することが判明し、本実験で作成した短腸症モデルラットがヒト臨床をよく反映するモデルであることがわかった。さらに経口摂取PA濃度に応じて1血清spermidineの値が上昇2残存空腸の絨毛高が増加3IgAの血清中濃度が上昇することが示された。PAは経口摂取でも濃度依存性に血中濃度が上昇して腸管粘膜以外の遠隔臓器にも分布して賦活化効果をもつ可能性が示唆される。短腸症治療効果について血清・糞便中IgAや空腸絨毛高、肝臓の脂肪化抑制では明らかになったが体重や栄養などの項目では差がなかった。今回の結果より、げっ歯類はヒトと比較して大量小腸切除後の腸管のadaptation能力が非常に高いことが考えられた。そこで残存小腸長が短くなる5/6小腸切除モデルを作成し術直後から食餌PA濃度を変えて割り付けを行い体重や栄養などの項目について検討する。また、今回の実験から判明したPA経口投与による腸内細菌叢の変化とIgA産生促進の分子機構を解明するための実験を行っていく予定である。具体的には、1各PA濃度ごとの細菌叢の構成について次世代シークエンサーを用いて解析する。
人工代謝経路の設計基盤の構築

本研究では、すでに開発している人工代謝経路の設計基盤をもとに、より広範な代謝パスウェイを探索していくために、設計基盤の高度化を実施した。利用データの拡張では、設計基盤に利用する化学・反応データをアップデートした。化合物データについては、PubChemデータベースのアップデートに対応し、47百万化合物のデータを抽出し、化合物データベースを構築した。反応データはKEGGデータに加えて、BRENDAデータベースよりデータ抽出を行うことで、基質・生成物ペアとして合計1万余の反応データベースを構築した。また、上記のデータアップデートならびに設計基盤利用を受けて、反応データの取捨選択の必要が出てきたことから、反応データキュレーションを行い、特徴的な反応について取捨選択を実施した。さらに、設計基盤の実用化に向け、設計プログラムの一部改良ならびにユーザインターフェイスの高度化を実施した。結果画面では、以前より化学構造変化を可視化したビューアを開発していたが、特に酵素情報の効率的選択に向けた独自の酵素反応データベースを構築するとともに、共同研究推進に向け、入出力インターフェイスをウェブサーバ上に実装した。25年度が最終年度であるため、記入しない。人工代謝経路の設計には、化学・生物情報解析による精度の高い人工代謝経路の設計技術の開発が必要とされている。本研究では、国内外の技術と比較しても卓越した設計基盤の構築ならびに標準化について検討を行う。H24年度は、すでに開発している代謝パスウェイの設計基盤をもとに、より広範な代謝パスウェイを探索していくために、設計基盤の高度化と設計ユーザインターフェイス(UI)の開発を実施した。高度化プロセスでは、設計に利用する化学構造・反応の定義について、より精密な構造を判別できる化学的特徴を見出すことにより、高次のデータ形式を考案した。また、PubChemデータベースを利用した化学構造比較のために、高速検索用の独自の化学構造データベースを構築することで、大幅に計算時間を短縮することができた。さらに、逐次的化合物出力(逐次法)、ランダム組合せ最適化(ランダム法)の各方法ならびに種々のフィルタリング手法の組合せによる評価プロセスを新たに設計ツールに実装した。UI開発においては、出発化合物と目的化合物を入力とするジョブ登録画面を作成し、種々の計算条件を設定するために、反応ステップ・反応バリエーション・設計アルゴリズム等の各オプションの選択ツールを実装した。計算結果には、代謝パスウェイの候補リストを表示し、パスウェイ中に出現する化合物の化学構造を列挙することで、新規の酵素反応・化合物情報を効率的に選択できるようにした。これを利用して、既知事例にてテストを実施したところ、現実的な時間内に有意な結果が得られることが分かった。設計基盤のコア部分に関しては、UI開発も含めて概ね達成している。また、設計基盤そのもののパフォーマンス評価により、検証実験に期待される性能は十分有していることが示され、これを利用した共同研究も開始している。一方で代謝経路の評価部分に関しては、引き続き要検討の状況と考えている。代謝経路評価、酵素・遺伝子選択ツールの開発、天然物への適用拡大を含めた設計基盤の周辺技術に関して開発を行うとともに、領域内研究グループとの共同研究を加速化していく予定である。
胚性幹(ES)細胞から長く伸びる腸管をつくる

マウス胚性幹細胞から胚様体を作り、消化管様の細胞塊(ES-gut)を分化させ、その自動能とカハールの間質細胞(ICC)やgap junctionの分化度について調べた。ICCやgap junctionは免疫染色や電子顕微鏡で調べた。運動は、倒立顕微鏡下でビデオ記録をして頻数を解析した。その結果、3週間の付着培養をしたES-gutではICCのネットワークやgap junctionがよく分化し、そのようなES-gutでは蠕動様の運動を14-15回/分程度の頻数で起こすことがわかった。さらに世界で初めてこのICCのペースメーカー電位と思われる典型的なプラトー電位を記録することができた。このことは形態学的な検証のみならず生理機能の検証もできたことを意味する。ついでICCのペースメーカー電位の発生機序には細胞内Ca^<2+>ハンドリング機構が関与すると正常マウス消化管ではいわれているので、このES-gutのペースメーカー細胞内でCa^<2+>オッシレーションが起こっているかどうか?さらに起こっているとするとどのように伝播していくか?を明らかにするために、Ca^<2+>イメージングを行った。その結果、ドーム状のES-gut(直径は1mm以下)ではL-型Ca^<2+>チャネルブロッカー存在下でも、全体に伝播するCa^<2+>オッシレーションを記録することができた。しかも、このCa^<2+>オッシレーションの始発部位ではカハールの間質細胞群の分化が認められた。また、付着培養3週間のES-gutでPGP9.5やニューロフィラメントの免疫染色を行ってみたところ、免疫陽性細胞はほとんどみられず、壁内神経系の十分な分化は確認できなかった。逆に言えば、このES-gutの運動は蠕動様の運動ではあるが内容物の運搬を伴う真の蠕動運動でないのかもしれない。今後は真の蠕動運動を起こすES-gutの作成を試みたい。胚性幹(ES)細胞から胚様体を形成させた後、ES用の培地で付着培養を行った。21日目には、蠕動様の動きをするドーム状の細胞塊ができた。しかし、それ以外にもドーム状まではならない細胞塊やシート状の細胞塊もできた。このように分化誘導因子を加えず培養するとES細胞本来の性質に由来する多能性を発揮する。そこでまず、長く伸びる腸管を作る前にもっと、その多能性について基礎研究を行い蠕動様の動きをするドーム状の細胞塊ができるに至った過程を詳細に検討することを試みた。アプローチの方法は1)まずビデオカメラで顕微鏡下に様々なES細胞塊の動きの記録。2)ついで主にドーム状の細胞塊の細胞内電位の記録。3)ドーム状の細胞塊の固定後、ACK2による免疫染色と電子顕微鏡による観察。4)様々な形態をとるES細胞塊にFluo-3をロードし、Caオッシレーションの測定。その結果、1)ES細胞塊は蠕動様の運動を示す物のみならず、振子運動や微弱な運動しか示さないものなど様々であった。2)プラトー相を有するペースメーカー電位様の膜電位変化を世界で初めてドーム状の細胞塊で記録できた。しかし、平滑筋細胞のslow waveの記録の方が数多くできた。一つの細胞から2つの異なったサイクルのペースメーカー電位様の膜電位変化が得られた。また、slow waveの頻数もばらつきを示した。3)ペースメーカー細胞様細胞の分化が免疫染色と超微細構造の特徴から確認できた。4)ドーム状まではならない細胞塊でCaオッシレーションを記録できた。細胞塊全体にほぼ広がるような強力なCaオッシレーションでnifedipineでも多くの場合抑制されず、Niで抑制された。またryanodineではほとんどのCaオッシレーションが抑制された。これらの結果から、ES細胞は何らかの分化誘導因子を使って分化をコントロールしなければ長く伸びる腸管をつくるのは難しいという認識を得た。

また、付着培養3週間のES-gutでPGP9.5やニューロフィラメントの免疫染色を行ってみたところ、免疫陽性細胞はほとんどみられず、壁内神経系の十分な分化は確認できなかった。逆に言えば、このES-gutの運動は蠕動様の運動ではあるが内容物の運搬を伴う真の蠕動運動でないのかもしれない。今後は真の蠕動運動を起こすES-gutの作成を試みたい。
超臨界流体を利用したナノマイクロシステムの開発

流体は微小空間へ閉じ込められることにより通常と異なる物性を示すことが知られている。このような流体の「微小空間効果」を利用したマイクロチャンバデバイスを高圧に加圧できるマイクロチャンバを作製し、CO2を微小空間に閉じ込め、超臨界流体の特異な物性を明らかにした。圧力を変えたときの熱抵抗変化からあきらかに臨界点と考えられる圧力近傍で熱抵抗の低下が観測された。また、微小空間に閉じ込めることで0.2 [MPa]の臨界圧力のシフトが観測できた。微小空間に閉じ込めた効果によって現れる物性変化が実証できたため,臨界点付近で状態が温度変化に敏感であることに基づいたデバイスへの応用の可能性を示すことができた。流体は微小空間へ閉じ込められることにより通常と異なる物性をしめすことが知られている.本研究では,2枚の基板の間に,超臨界二酸化炭素を閉じ込めたマイクロデバイスを作製して,CO2の超臨界状態での特異な熱物性を測定し,微小空間への閉じ込めによって現れる特性がデバイスとして応用できるかどうかを検討することを目的とした.臨界点付近での熱的性質を計測するために,熱抵抗変化計測装置を用いる.2本の銅棒に熱電対を等間隔に設置し,それらの間にSC-CO2を閉じ込めるマイクロデバイスを挟み,上部と下部をそれぞれ加熱・冷却して銅棒の温度変化からマイクロデバイスに依存する熱抵抗変化を計測する.パターニングしたフォトニースを塗布したパイレックスガラスと,CO2が流れる穴を開けたもう1枚のパイレックスガラスをSUS製の土台と蓋で押さえ込み,2枚のガラスの間にSC-CO2が封じ込められるようなマイクロデバイスを作製し,SC-CO2を閉じ込める実証実験と,圧力を変えたときの熱抵抗変化から超臨界状態の観測に成功した.また,マイクロ空間に閉じ込めることで0.2 [MPa]の臨界圧力のシフトが観測できた.しかし,マイクロサイズの閉じ込めでは計測される熱抵抗変化が小さいため,ガラスを薄くするなど計測装置の改良が必要である.また,微小空間に閉じ込めた効果をより明らかに検証するためにはナノ空間の閉じ込めによって現れる物性変化を調べる必要があることがわかった.2枚のパイレックスガラスをSUS製の土台と蓋で押さえ込み,ガラスの間に薄くSC-CO2が封じ込められるようなマイクロデバイスを作製し,実際に圧力ガス注入し,熱特性を計測できるマイクロデバイスを作製した.計測された熱特性より,液体から超臨界状態に変化する様を観測することができており,より狭い空間に閉じ込めることにより,マイクロ熱デバイスとして有効な設計に関する知見が得られている.微小空間に閉じ込められた超臨界二酸化炭素の挙動を調べるために、分光エリプソメトリー法を用いて、シリコン基板上に吸着する二酸化炭素の吸着層の膜厚を光学的に計測する実験系の構築を行い、圧力に依存した吸着膜の膜厚を計測した。15MPaの高圧に耐えるチャンバーとエリプソメータ用にサンプル試料と70度の角度で前後側面に2つの計測窓を有するチャンバを設計・作製を行った。作製した高圧チャンバを用いた分光エリプソメトリーの実験においては、加圧による窓の歪みや解析モデルの最適化などを行った。圧力が変化すると屈折率が大きく変化することから、温度の安定化やヘリウムガスを用いた圧力ごとのキャリブレーションを行うなど、計測方法に工夫が必要であり、精密に温度と圧力を制御した上でチャンバ内の雰囲気をキャリブレーションを行った。約25nmの酸化膜を有するシリコン基板を用いて精密にキャリブレーションを実施することにより、二酸化炭素による加圧下での基板上の吸着膜の層を計測することに成功した。これにより、観測された光学的パラメータからCO2のSiO2表面への吸着膜が圧力に依存して、とくに臨界点付近で顕著に厚くなっている傾向が見られることがわかった。今後、光学定数の圧力依存性を注意深く検証しつつ、ウェハ上の微細パターンに挟まれた封止形状やポーラス形状などを有する基板を用いて、微小空間に侵入するCO2の挙動を調べ、その物性変化を調べる必要がある。高圧流体の封止のために設計したデバイス・チャンバにリークがあるなどの不具合が見つかり、その設計の変更と装置の作製に想定以上の時間がかかった。再作製により超臨界二酸化炭素を封止するデバイス・チャンバはうまく動作しているが、デバイスの応用検証のためには、作製した装置の動作検証を急ぐ必要があるため。流体は微小空間へ閉じ込められることにより通常と異なる物性を示すことが知られている.本研究では,2枚のガラス基板の間の薄い空間に,超臨界二酸化炭素(SC-CO2)を閉じ込めたマイクロデバイスを作製して,CO2の超臨界状態での特異な熱物性を測定し,微小空間への閉じ込めによって現れる特性がデバイスとして応用できるかどうかを検討することを目的とした.臨界点付近での熱的性質を計測するために,自作の熱抵抗変化計測装置を用いた.2本の銅棒に熱電対を等間隔に設置し,それらの間にSC-CO2を閉じ込めるマイクロデバイスを挟み,上部と下部をそれぞれ加熱・冷却して銅棒の温度変化からマイクロデバイスに依存する熱抵抗変化を計測した.2枚のガラス基板間の厚さは,異なる速度でスピンコートした高分子フォトニースの厚さで決定し,パターニングしたフォトニースを塗布したパイレックスガラスと,CO2が流れる穴を開けたもう1枚のパイレックスガラスをSUS製の土台と蓋で押さえ込むことで,2枚のガラスの間にSC-CO2が封じ込められるようなマイクロデバイスを作製した.

まず,SC-CO2を閉じ込める実証実験を行い,圧力を変えたときの熱抵抗変化から超臨界状態の観測を行い,SC-CO2層の厚さを変えたときの熱抵抗変化の違いを評価した.圧力を大気圧から9MPaの圧力まで上昇させたとき,臨界点と考えられる圧力近傍で確かな熱抵抗の低下が観測された.さらに,マイクロ空間に閉じ込めることで0.2MPaの臨界圧力のシフトが観測できた.微小空間に閉じ込めた効果によって現れる物性変化が実証できたため,臨界点付近で状態が温度変化に敏感であることに基づいた機能性デバイス,センシングデバイスへの応用の可能性を示すことができた.流体は微小空間へ閉じ込められることにより通常と異なる物性を示すことが知られている。このような流体の「微小空間効果」を利用したマイクロチャンバデバイスを高圧に加圧できるマイクロチャンバを作製し、CO2を微小空間に閉じ込め、超臨界流体の特異な物性を明らかにした。圧力を変えたときの熱抵抗変化からあきらかに臨界点と考えられる圧力近傍で熱抵抗の低下が観測された。また、微小空間に閉じ込めることで0.2 [MPa]の臨界圧力のシフトが観測できた。微小空間に閉じ込めた効果によって現れる物性変化が実証できたため,臨界点付近で状態が温度変化に敏感であることに基づいたデバイスへの応用の可能性を示すことができた。現在作製しているチャンバーは,マイクロサイズのものなので,微小空間に閉じ込めることによる特殊効果が小さい.より狭い空間に閉じ込めることにより,より大きな変化を検出できるように工夫する.一年目の結果で,設計論が見えつつある.さらに有効なマイクロデバイス化のための設計論の確立をめざす.閉じ込め空間のサイズがナノスケールにまで小さくするために、ポーラス構造などを用いて、より微小空間に超臨界流体を閉じ込めることによる閉じ込め効果を実証することを目指す。マイクロシステム1年目ということで,高圧チャンバを含む実験系を組んで,動作原理の検証を行っていたが,圧力チャンバーの再設計と制作業者との交渉努力の結果,計測系にかかる費用を節約することができた.また,原理検証の実験に於いては,学生への謝金を支払う必要がなかった.学生への謝金を支払う必要が無かった。装置の動作検証の実験のみ行ったため。物品購入費には,計測に伴う計測装置の購入にあてる.特に,1年目に購入した温度コントローラの精度がより求めら得ることがわかったため,より高精度な温度コントローラの購入を検討している.また,成果の学会発表や論文発表を増やし,学生への謝金支出も検討している.つくばー仙台間の旅費と二酸化炭素や特殊ウェハといった消耗品などの物品購入、東北大学内での計測評価のための施設使用料の支払いにあてる。
生体靱帯に生じる張力の計測:ロボティクスの生体力学への応用

ヒト切断3膝を実験対象とし,膝関節力学機能検査ロボットシステムを用いて測定を行った。屈曲角度0°,30°,60°および90°において膝の生理的に自然な運動を許容しながら,膝関節に最大100Nの前後方力をあたえた。前十文靱帯の前内側方の前方(AQ),前内側方の後方(PQ),後外側部(PL),内側側副靱帯(MCL),後十字靱帯の前部(AL),後十字靱帯の後部(PM),外側側副靱帯(LCL),関節包(Capsule)を順次切断するごとに,健常膝の3次元運動を再現して膝にあたえた。重ね合わせの原理を用いることにより,それぞれの靱帯に生じた張力を求めた。膝関節に前方力をあたえたとき,ACLに生じる張力は屈曲角度と共に減少し,100Nの前方力のとき,88N(0°屈曲位),54N(90°屈曲位)であった。逆にMCLに生じる張力は屈曲角度と共に増加した。ACL内では軽位屈曲角度においてPLに生じる張力が最も大きく,屈曲角度が増加するにつれてPQに生じる張力が大きくなった。膝関節に後方力をあたえたとき,PCLに生じる張力は屈曲角度と共に増加し,100Nの後方力のとき,30N(0°屈曲位),105N(90°屈曲位)であった。PCL内では屈曲角度が増加するにつれてALに生じる張力が大きくなった。靱帯内に生じる張力の大きさが屈曲角度に依存することは,臨床的事実に一致した。また,ACL内およびPCL内の張力の分布に関する結果は,Girgisらの解剖学的研究によって得られた結果を定量的に説明するものであった。靱帯損傷診断の方法開発,靱帯再建術の術方針の検討と開発に有用な結果であると考えられた。
N-グリコシド結合糖鎮を認識するユビキチンリガーゼの構造と機能

膜蛋白質や分泌蛋白質の多くはアスパラギン結合型(N型)糖鎖が付加している。このN型糖鎖の持つ新しい機能を解明するために、糖鎖結合蛋白質のスクリーニングを行った。その結果、ユビキチンリガーゼ複合体の標的識別分子であるF-box蛋白質が単離された。このF-box蛋白質はFbx2と同定され、成体マウスの脳に特異的に発現していた。最初に、組換え蛋白質を用いた試験管内再構成実験でこのリガーゼ複合体はN型糖鎖依存的に分泌糖蛋白質をユビキチン化することを確認した。次に、神経細胞内でFbx2に認識される基質蛋白質の一つを接着分子であるインテグリンβ1と同定した。さらにFbx2は高マンノース型糖鎖を特異的に認識することが明らかにされた。細胞分画実験によりFbx2は細胞質においてブロテアソーム阻害剤存在下インテグリンβ1と結合することが判明した。以上の結果より、Fbx2の機能は小胞体より細胞質に逆行輸送された変性蛋白質やポリマー形成不全蛋白質の小胞体関連分解への関与が考えられた。平成15年度は以下の成果を得た。(1)Fbx2は蛋白質の品質管理に関与する:Fbx2は、ニューロン、しかも成体の脳に特異的に発現されており、神経細胞内で品質管理の役割を担っている可能性を示唆する結果が得られた。小胞体関連分解の基質蛋白質の変異体をCOS細胞に導入したモデル実験系を用いて、Fbx2の小胞体関連分解への関与を調べた。野生型のFbx2を強制発現させると凝集体の形成が抑えられたが、変異型Fbx2や他のF-box蛋白質ではこの現象は観察されなかった。この結果は、Fbx2が凝集体形成すなわち蛋白質の品質管理に関与することを示唆した。(2)Fbx2はファミリーを形成する:Fbx2のホモログとして幾つかの遺伝子が明らかにされ、ファミリーを形成することが報告されている。マウスのFbx2/FBG1/Fbs1とFbx6b/FBG2/Fbs2を比較検討したところ、Fbx6Bの糖鎖結合特異性はFbx2と比べて少し親和力が弱いものの、Fbx2と非常によく似た特異性を持つことが判明した。すなわち、高マンノース型のN-結合型糖鎖と特異的に反応することが明らかにされた。しかし、組織における発現は全く異なっていた。Fbx2はニューロンと睾丸にのみ検出されたが、Fbx6Bはほぼ全ての臓器・組織に発現が認められた。FBG3は、FBG2と75%の相同性を示し、その組織における発現はほぼユビキタスである。しかし、FBG3の糖鎖結合能は確認されなかった。