hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
免疫応答・炎症反応に対するカチオントランスポーターの関与とその制御

最近ゲノム疫学的研究から、免疫応答や炎症反応に(有機)カチオントランスポーターであるSLC22A4が関与している可能性が示唆されてきた。我々は仮説なしの全ゲノム解析で日本人の関節リウマチ患者とSLC22A4の第1イントロンの一塩基多型(single nucleotide polymorphism以下SNP)が関連していることを報告し、続いてPeltekovaらはSLC22A4のアミノ酸置換を伴ったSNP、およびこれと連鎖不平衡にある隣接の同様の有機カチオントランスポーター遺伝子SLC22A5のプロモーターのSNPが、クローン病と関連があることを報告した。RAとクローン病という免疫異常と炎症が特徴の2つの異なる疾患との関連が示唆されたことから、有機カチオントランスポーターが免疫応答ないし炎症反応にかかわっている可能性は高い。本研究ではSLC22A4の機能解析を行い、この有機カチオントランスポーターが如何に免疫・炎症反応に関わっているかを明らかにし、さらにこの分子を制御することで免疫・炎症反応をコントロールできる可能性を明らかにすることを目的とした。まずsiRNAによる内因性SLC22A4発現の制御系の立ち上げをおこなった。候補の物質であるergothioneineを主目標とした場合、細胞内での半減期は全く不明であり、長期的な抑制で初めてergothioneineの細胞内濃度が変化する可能性も考え、一時的な系に加えて、恒常的抑制系も行なった。現時点では抑制は確認されたが、炎症に関与する分子への影響は明らかでない。次にSLC22A4の遺伝子導入による強制発現系を立ち上げた。SLC22A4を発現していない細胞(Jurkatなどを候補とする)にプラスミド遺伝子導入法およびレトロウイルス遺伝子導入法により恒常的発現系を樹立した。細胞内にergothioneineをトランスポートさせ、刺激による遺伝子発現を検討している。第5染色体の5q31領域に、関節リウマチ関連遺伝子としてSLC22A4(Solute Carrier Family 22 Member 4)があることを報告した。SLC22A4は、有機カチオンを輸送する分子である。SLC22A4のイントロン1にあるSNPを含む配列が転写調節機能を有し、SNPのアレルの別によってその転写効率が変化することを明らかにした。最近、SLC22A4のアミノ酸変化を伴うミスセンス変異およびこれと強い連鎖不平衡にあるSLC22A5の5'UTRのSNPがクローン病と相関していることが判明し、有機カチオントランスポーターと炎症疾患との関係が注目されるに至っている。以上の状況をふまえ、本研究ではSLC22A4の発現量と炎症との関連を明らかにする目的で、種々の実験を行った。特にSLC22A4の遺伝子導入および抑制により、各種刺激による炎症反応関連サイトカインの動きをRT-PCR、固相酵素抗体法などの方法で測定した。しかし、培養条件や細胞の状態により、結果が変動し、確定的な結果を得ることは出来なかった。この点で、最近まで、SLC22A4の輸送基質は同定されておらず、生理的な機能も不明であったが、エルゴチオネインが輸送基質になることが報告された。そこで培養細胞(A549肺癌細胞)にエルゴチオネインを加えた後、炎症性サイトカインである腫瘍壊死因子(TNFα)刺激を加えると、コントロールに比べ、IL-8の産生が低下することが判明した。この系を用い、SLC22A4を過剰発現またはノックダウンすることで発現量を変化させることで、エルゴチオネイン存在下で、炎症反応関連分子の発現に影響を与えるか否かを検証している。最近ゲノム疫学的研究から,免疫応答や炎症反応に(有機)カチオントランスポーターであるSLC22A4が関与している可能性が示唆されてきた。

我々は仮説なしの全ゲノム解析で日本人の関節リウマチ患者とSLC22A4の第1イントロンの一塩基多型(single nucleotide polymorphism以下SNP)が関連していることを報告し,続いてPeltekovaらはSLC22A4のアミノ酸置換を伴ったSNP,およびこれと連鎖不平衡にある隣接の同様の有機カチオントランスポーター遺伝子SLC22A5のプロモーターのSNPが,クローン病と関連があることを報告した。RAとクローン病という免疫異常と炎症が特徴の2つの異なる疾患との関連が示唆されたことから,有機カチオントランスポーターが免疫応答ないし炎症反応にかかわっている可能性は高い。本研究ではSLC22A4の機能解析を行い,この有機カチオントランスポーターが如何に免疫,炎症反応に関わっているかを明らかにし,さらにこの分子を制御することで免疫,炎症反応をコントロールできる可能性を明らかにすることを目的とした。まずsiRNAによる内因性SLC22A4発現の制御系の立ち上げをおこなった。候補の物質であるergothioneineを主目標とした場合,細胞内での半減期は全く不明であり,長期的な抑制で初めてergothioneineの細胞内濃度が変化する可能性も考え,一時的な系に加えて,恒常的抑制系も行なった。現時点では抑制は確認されたが,炎症に関与する分子への影響は明らかでない。次にSLC22A4の遺伝子導入による強制発現系を立ち上げた。SLC22A4を発現していない細胞(Jurkatなどを候補とする)にプラスミド遺伝子導入法およびレトロウイルス遺伝子導入法により恒常的発現系を樹立した。細胞内にergothioneineをトランスポートさせ,刺激による遺伝子発現を検討している。
粗視化タンパク質モデルを用いたタンパク質の折り畳み・構造・機能の研究

タンパク質が機能を果たす為には、タンパク質ごとに決まった構造に折り畳むことが必須である。立体構造はタンパク質を構成するアミノ酸配列情報にコードされていることから、種々の生物種のゲノムが明らかになりつつある今日、その塩基配列から本当に有益な情報を引き出すためには、その配列がコードしているタンパク質の立体構造、機能を知ることが不可欠である。このような背景において、昨年度に引き続きアミノ酸配列の情報のみからタンパク質立体構造を予測する、いわゆるDe Novo立体構造予測に取り組んできた。特に力を入れたのは、De Novo立体構造予測法において現時点で最も成功を収めている方法論であるフラグメント法が、なぜうまくいくのかを明らかにし、その見知を用いてより精度の良い立体構造予測法の構築や、タンパク質の立体構造構築原理を理解することを目指した。具体的にはまず、昨年度、我々が開発したリバーシブルフラグメントアセンブリ法を用いて、タンパク質のとりうるであろう構造空間を徹底的にしらべた。その結果、コンパクトな構造は極僅かしかなく、その僅かなコンパクト構造のなかに天然構造が存在していることがわかった。このことは、フラグメントアセンブリ法ではタンパク質の局所構造を適切に表現できていると考えられるから、タンパク質の局所構造にバイアスが存在する為に、とりうるコンパクトな構造は非常に制限されており極僅かしかないということがわかる。また、このことからなぜ本物のタンパク質のエネルギーランドスケープはファネル状になっているのかということも、局所的相互作用の観点から、局所構造の制限によって間違ったフォールドが禁止され、エネルギーランドスケープが滑らかになっているからであると理解される。このような背景において、今年度はアミノ酸配列の情報のみからタンパク質立体構造を予測する、いわゆるab initio立体構造予測に取り組んできた。具体的には高田らによって構築されてきた粗視化タンパク質モデルを用いて、構造探索法として新しいフラグメントアセンブリ法を開発し、その予測能力の評価を行った。従来のフラグメントアセンブリ法は詳細つりあいの条件を満たさないため、シミュレーテッドアニーリングしか出来ず、構造探索が非効率であった。そこで我々はまず、フラグメントアセンブリ法を詳細つりあいが満たされるよう改良し、さらにそれを優れた構造サンプリング法として知られているマルチカノニカル法に適用した。その結果、従来の方法よりもはるかに効率良く低エネルギー構造状態を探索できることが明らかとなった。また、この新しい手法を用いて、二年に一度世界規模で行われているタンパク質の立体構造予測コンテスト(CASP)に参加した。結果、新規フォールド部門で1つ正解し、その他の問題に対しても、部分構造が良い一致を示すなどして、比較的上位にランクされ、国内の新規フォールド部門に参加した中では一位であった。これは、我々のアプローチが正しい方向に向かっていることを示していると思われる。特に本年度力を入れたのは、De Novo立体構造予測法において現時点で最も成功を収めている方法論であるフラグメント法が、なぜうまくいくのかを明らかにし、その見知を用いてより精度の良い立体構造予測法の構築や、タンパク質の立体構造構築原理を理解することを目指した。具体的にはまず、従来のフラグメントアセンブリ法が詳細釣り合いの条件を満たさないので熱平衡状態が実現できないということに着目し、この問題を解決したリバーシブルフラグメントアセンブリ法を開発した。これを用いることによって自由エネルギーなどの熱平衡量やマルチカノニカル法などの効率のよい構造サンプリングが可能となった。また、この方法は使うフラグメントの長さが自由に変えられることから、タンパク質の局所構造においてどのくらいの長さに渡って構造-配列の相関があるのかを調べることが可能である。これを用いて、使うフラグメントの長さを変えながら種々のタンパク質についてマルチカノニカル法を用いて徹底的に構造探索し、エネルギー曲面の凸凹さを計算した。その結果、フラグメント長が4残基以上のときに最も効率よく予測でき、エネルギー曲面も漏斗状になっていた。このことは約4残基長の配列で構造-配列相関が強いということと、タンパク質のエネルギー曲面の滑らかさの起源は局所構造の制限によってもたらされているということを示唆している。

具体的にはまず、昨年度、我々が開発したリバーシブルフラグメントアセンブリ法を用いて、タンパク質のとりうるであろう構造空間を徹底的にしらべた。その結果、コンパクトな構造は極僅かしかなく、その僅かなコンパクト構造のなかに天然構造が存在していることがわかった。このことは、フラグメントアセンブリ法ではタンパク質の局所構造を適切に表現できていると考えられるから、タンパク質の局所構造にバイアスが存在する為に、とりうるコンパクトな構造は非常に制限されており極僅かしかないということがわかる。また、このことからなぜ本物のタンパク質のエネルギーランドスケープはファネル状になっているのかということも、局所的相互作用の観点から、局所構造の制限によって間違ったフォールドが禁止され、エネルギーランドスケープが滑らかになっているからであると理解される。
視神経再生中に見られる山中因子の活性化機構と神経再生における役割について

哺乳類と異なり魚の視神経は損傷を受けても再生する。なぜ再生できるのかを考えたとき、我々は視神経損傷により網膜神経節細胞(RGCs)が幼若化するのではないかと考え、神経幹細胞のマーカーや山中因子について検討したところ、山中因子のsox2, klf4, c-mycが損傷2-3日で、RGCsで活性化し、その後幹細胞マーカー、ネスチンも活性化することを見出した。このシグナルカスケードについて検討したところ、LIF(リューケミアインヒビトリーファクター)が12日と最も早期に活性化することを見つけ、LIF以降のカスケードについて現在検討中である。前年度までに、ゼブラフィッシュの視神経損傷後網膜内で、山中因子(klf4,sox2,oct3/4,c-myc)のうちoct3/4を除く3因子が、損傷後35日後に網膜神経節細胞(RGCs)で発現上昇することを確認した。このことから、視神経損傷により成熟魚RGCsが幼若化、幹細胞化することが初めて実証され、リプログラミング機構が明らかとなった。そこで、本年度は山中因子の活性化を誘導する上流の因子の探索を行い、白血病阻害因子(LIF)が視神経損傷後23日で上昇することを見つけた。更に、幹細胞マーカーであるネスチンが5日で上昇し、いずれもRGCsに限局していた。LIFレセプターの下流シグナルとして知られるJak/Stat3系を調べたところ、確かに損傷後35日で発現上昇していることを突き止めた。次に、ゼブラフィッシュ成熟網膜のexplant cultureを実施し、i)LIFの添加実験を行ったところ、明らかに神経突起の伸長が観察できた。逆に、ii)Jak/Stat3の阻害剤の添加を行ったところ、神経突起伸長の抑制が見られた。更にLIFのモルフォリノを注入した網膜では、視神経損傷後Stat3の発現が抑えられること、また、あらかじめこのモルフォリノ処理を行った網膜からの神経突起伸展は明らかに抑制されていることが分かった。以上の結果から、山中因子の上流にLIFがあり、Jak/Stat3系を介して下流分子をリン酸化して、神経細胞の幼若化、幹細胞化→リプログラミングを行っていることが強く示唆された。この事実は、これまでの魚の視神経が何故再生するかという疑問に、初めて一つの解答を与える画期的な結果といえる。魚の中枢神経は哺乳類と異なり、神経が損傷を受けても修復再生する。しかし、何故再生できるかについては現在も不明である。他方、京都大学の山中教授らのグループにより、sox2、klf4、oct3/4、c-mycの4つの転写因子を体細胞に導入すると、多分化能を持ったiPS細胞が誘導されることが知られている(2006年)。そこで我々は、魚の視神経が損傷した後、網膜神経節細胞(RGCs)にこの4つの因子(山中因子)が発現し、RGCsが幼若化し、リプログラミングされ、軸索が再生されるのではないか、という仮説をたて実験を行った。その結果、oct3/4を除くsox2、klf4、c-mycの3つの因子が、RGCsで損傷後35日に約2倍発現が上昇することが分かった。一方、oct3/4の発現は、その間不変であった。次にRGCsの視神経損傷後の状態を検証するため、分化マーカー(MAP2)、未熟な幹細胞マーカー(ネスチン)、増殖のマーカー(Ash-5)の3つの分子マーカーの発現を見たところ、ネスチンの発現が310日にかけて増加し、MAP2の発現はその間に減少した。一方、Ash-5の発現は不変であった。以上から魚のRGCsでは視神経損傷後、内在性に山中因子のうちの3つ(sox2、klf4、c-myc)の発現が上昇し、RGCsが成熟細胞から未分化な幹細胞様に変化し、その結果、視神経軸索が再伸長できるのではないかと考えた。この様なリプログラミングの機構は世界で初めての現象である。網膜神経節細胞(RGCs)において、視神経損傷後、山中因子のうちsox2、klf4、c-mycの3つの因子の発現がmRNA、蛋白レベルで上がることが確認された。更に、これらの因子に先駆けてLIF遺伝子の発現が確認されているなど、視神経損傷後の各因子の上昇とそのシグナルが推定でき、概ね当初の計画が達成できた。視神経損傷後、山中因子発現上昇に至るシグナルカスケードとして、前年度に見つけたLIF(leukemia inhibitory factor)のsiRNAないしはモルフォリノによる遺伝子発現抑制実験を、エレクトロポレーション法により実施する。LIF発現を抑制した時の視神経再生への影響を見ることで一連のシグナルの解析が行える。消耗品費(試薬類、抗体類、実験動物等)として100万円、及び成果発表のための国内旅費として20万円使用する予定である。
躁うつ病の病態形成における脳内インターロイキン-1の役割

近年、脳と免疫系が相互に密接な関係を持ち、一体となって生体防御系を作り上げていることが明らかにされつつある。免疫系の脳への影響の一端を明らかにする目的で、インターロイキン-1 (IL-1)の中枢作用を検討した。従来より、IL-1はCRHの分泌を刺激しHPAaxisの亢進を引き起こすことが知られている。そこで、生体がストレスを受けた時にIL-1が視床下部において神経内分泌機能を修飾している可能性を検討した。その結果は以下の通りであった。1)脳マイクロダイアライシス法を用いて、ラットの前視床下部内に直接投与したヒト合成IL-1βの作用を調べた。その結果、ヒト合成IL-1βは同部位におけるモノアミンの濃度を上昇させることがわかった。2)ラットに拘束ストレスを負荷すると、視床下部におけるIL-1の生物活性の増加がみられた。3)拘束ストレスによる脳内モノアミンの増加、ACTHの遊離は、生体内物質として発見されたIL-1アンタゴニスト(IL-1Ra)を前処理することで抑制されることがわかった。4)拘束ストレス後の視床下部IL-1βmRNAおよびIL-1RamRNAレベルをRT-PCR法で調べたところ、ともに一過性に増加した。その変化はIL-1βmRNAにおくれてIL-1RamRNAが増える(100倍以上)ことが分かった。これらの結果より、拘束ストレス反応に視床下部IL-1およびIL-1Raが深くかかわっていることが示唆された。
妊娠期から育児期における腰痛とその関連要因に関する縦断的検討

妊娠による腰痛・骨盤痛(low back and pelvic pain;LBPP)は、妊娠期だけでなく産後にも持続することが報告されており、妊娠期から産後の日常生活の支障となる。しかし、LBPPの妊娠期から産後の経時的な検討は見当たらず保健対策につなげられていない。そこで、妊娠初期から産後3か月のLBPPの縦断的調査を行い、LBPPの推移およびLBPPの関連要因を明らかにし、産後3か月LBPPの予測因子を検討する。調査方法は、A病院の妊娠初期検査を行った妊婦300人に研究の主旨を説明し、すべての調査票一式を配付し、妊娠初期、中期、後期、産後1週、1か月、3か月の各時期に回収した。調査期間は、2015年3月から2017年8月であった。調査項目は、基本情報、LBPPの有無、部位、LBPPの程度はVAS、日常生活の困難さはPMI 24項目4段階評定、精神的状態はEPDS10項目4段階評定を用いた。倫理的配慮として、対象者には研究参加の公平性、匿名性、途中中断等を説明し、保証した。本研究は本大学病院臨床研究倫理審査委員会(番号2201)および調査施設のA病院倫理委員会の承認を得て実施した。妊娠初期から産後3か月の6時期すべての結果が得られた55人を分析対象とした。妊娠初期からの産後のLBPPは68割にみられ、産後3か月においても約6割にLBPPが認められた。約4割は、初期から産後3か月のすべての時期にLBPPがみられ、妊娠期から産後にかけてLBPPが持続していることが窺えた。また、妊娠初期から産後3か月のすべての時期で、LBPPの強さが増すほど日常生活動作が制限されていた。VASとPMIの関係から、初期PMIの評価は、産後3か月LBPPの予測に有用であることが考えられた。さらに、産後3か月LBPPの予測因子は、初期LBPPの存在、経産婦は前回妊娠時のLBPP既往であった。本研究では、1妊娠初期から産後3か月までの妊娠による腰痛を縦断調査で明らかにする、2妊娠による腰痛の関連要因を明らかにする、3妊娠期から産後3か月までの妊娠による腰痛の関連要因の一つである骨盤形態の客観的評価を行う、4妊娠による腰痛と骨盤形態との関連を明らかにする、5切れ目ない妊産婦の保健対策として、妊娠による腰痛の保健指導指針を構築することを目的としている。平成28年度には、妊娠期の腰痛に関する英文、和文の文献検討を行い、研究の枠組みを構築した。それを基に、調査票等を作成し、徳島大学病院臨床研究倫理審査委員会およびA医療センター倫理委員会の承認を得た。A医療センター、B助産院において調査を開始した。データ収集と並行し、得られたデータをまとめ、結果を分析した。主に、妊娠期(妊娠初期、妊娠中期、妊娠末期)の分析を行い、学会および雑誌等で公表した。結果の概要として、妊娠初期の6割は、軽度の腰痛・骨盤痛を自覚していた。妊娠前に腰痛の既往がある者、前回妊娠期間に腰痛の既往がある者は、妊娠初期の腰痛・骨盤痛の発症と関連していることが明らかになった。また、妊娠初期の腰痛・骨盤痛の程度が強くなるほど、日常生活における制限が増しており、日常生活の不快をもたらしていることが考えられた。したがって、妊娠前に腰痛の既往がある者、前回妊娠期間に腰痛の既往がある者は、妊娠初期の腰痛・骨盤痛の発症に留意すべき対象であることが明らかになった。A医療センターでは、研究者もしくは調査協力者が外来診療の間に対象へ研究の趣旨を説明し、初回の承諾時に、妊娠初期、妊娠中期、妊娠末期、産後1週間、産後1か月、産後3か月、5回分の調査票をセットしたファイルを渡し、各時期に外来に設置してある回収箱に投函もしくは郵送を依頼している。B助産院では、研究者もしくは調査協力者が対象へ研究の趣旨を説明し、同意を確認後、調査日程の調整を行い、妊娠中期、妊娠末期、産後1週間、産後1か月、産後3か月の時点で調査票を用いた対面調査、骨盤形態の測定を行っている。現在、A医療センターでは妊娠初期の対象に150部配布、B助産院では妊娠中期の対象9人の対面調査、骨盤形態の測定を開始している。しかし、前向き調査であるため、時間経過とともに調査票の回収率は低下している。また、B助産院においても、対象の妊娠経過の異常がみられたり、研究者と対象との調整が取れなかったりと、継続した調査の実施が難しい。全期間の対象を確保するには時間を要することが予測される。平成29年度は、データをA医療センター、B助産院において収集した。8月末、A医療センターで調査票300部配布終了した。12月末、B助産院での60人の調査を終了した。データー収集、データ入力を終了した。得られたデータをまとめ、結果を分析し、国際学会1件、国内学会2件、英論文1件、現在投稿中英論文1件で公表した。

結果の概要として、妊娠初期の腰痛を検討した結果、65%に認められ、疼痛レベル(VAS)は平均2.5、VAS7以上は6.4%であった。妊娠初期の腰痛は、妊娠前の腰痛の既往、経産婦は前回妊娠時の腰痛の既往が関連していた。妊娠中期から産後1週の腰痛を検討した結果、妊娠中期71.6%、妊娠後期79.7%、産後1週70.3%、産後1か月62.2%であった。41.9%は、妊娠中期から産後1か月まで腰痛が継続していた。また、すべての時期において腰痛の疼痛レベルが高いほど、日常生活の困難さがみられた。妊娠初期から産後1週の腰痛と精神的健康状態を検討した結果、妊娠初期EPDSと妊娠中期VAS、妊娠中期EPDSと妊娠後期VAS、妊娠後期EPDSと産後1週VASは正の相関関係が認められた。今後は妊娠初期から産後3か月の腰痛に関する検討、骨盤形態の検討を行い、まとめていく。データ収集はすべて終了している。平成30年度は最終的な分析を行い、まとめを行っていく予定であり、研究は順調に進展している。妊娠による腰痛・骨盤痛(low back and pelvic pain;LBPP)は、妊娠期だけでなく産後にも持続することが報告されており、妊娠期から産後の日常生活の支障となる。しかし、LBPPの妊娠期から産後の経時的な検討は見当たらず保健対策につなげられていない。そこで、妊娠初期から産後3か月のLBPPの縦断的調査を行い、LBPPの推移およびLBPPの関連要因を明らかにし、産後3か月LBPPの予測因子を検討する。調査方法は、A病院の妊娠初期検査を行った妊婦300人に研究の主旨を説明し、すべての調査票一式を配付し、妊娠初期、中期、後期、産後1週、1か月、3か月の各時期に回収した。調査期間は、2015年3月から2017年8月であった。調査項目は、基本情報、LBPPの有無、部位、LBPPの程度はVAS、日常生活の困難さはPMI 24項目4段階評定、精神的状態はEPDS10項目4段階評定を用いた。倫理的配慮として、対象者には研究参加の公平性、匿名性、途中中断等を説明し、保証した。本研究は本大学病院臨床研究倫理審査委員会(番号2201)および調査施設のA病院倫理委員会の承認を得て実施した。妊娠初期から産後3か月の6時期すべての結果が得られた55人を分析対象とした。妊娠初期からの産後のLBPPは68割にみられ、産後3か月においても約6割にLBPPが認められた。約4割は、初期から産後3か月のすべての時期にLBPPがみられ、妊娠期から産後にかけてLBPPが持続していることが窺えた。また、妊娠初期から産後3か月のすべての時期で、LBPPの強さが増すほど日常生活動作が制限されていた。VASとPMIの関係から、初期PMIの評価は、産後3か月LBPPの予測に有用であることが考えられた。さらに、産後3か月LBPPの予測因子は、初期LBPPの存在、経産婦は前回妊娠時のLBPP既往であった。平成29年度は、引き続きデータ収集を継続して行う。A医療センターでは、途中脱落を見越して300部の配布を目指す。B助産院では、途中中断を見越して50名の対象を確保する。また、6月には国際学会で発表することで、新しい知見を得て、海外の研究動向を視察する。得られた結果を分析し、国内の学会においても、公表していく。さらに、英論文の投稿をすすめていく。平成30年度は、データ収集は状況に応じて継続する。
旧海軍施設を中心とした鋼材にみる建築部材の変遷に関する研究

本研究は、近代建築から躯体材料として使われるようになった鋼材について、これまで現地調査をおこなってきた海軍施設を中心に行うものである。国内外の製鋼会社の製品規格や近代建築の鋼材の使用状況について情報を収集し、明治40年頃から終戦時までの鋼材について、材料の規格や組成などを分析することで、鋼材からわかる年代ごとの特徴や変遷を検証する。これによって、建物竣工時の史料や材に残るロールマークでも無い限り、得られる情報が限られている鋼材について、指標を増やすことを目的とする。
シングルチャネル解析からみた麻酔薬のイオンチャネルへの作用と臨床効果への考察

全身麻酔薬の抑制性シナプス伝達へのmodulation作用について調査する目的で、Synaptic Networkが構築されたラット皮質ニューロンの初代培養標本から、パッチクランプ法をもちいて自発性抑制性シナプス後電流(miniature IPSC)を記録、さらにより詳細に麻酔薬のイオンチャネルへの作用を考察する目的で、単一チャネルにおけるチャネルのkineticsを調査するため、cen-attachedモード下で解析を行った。その結果、それぞれの麻酔薬によりコンダクタンスは変化せず、開口確率が増加することが確認された。ハロタンではmean open timeの延長、プロポフォールではinterburst intervalの低下が観察された。これが麻酔薬による抑制性シナプス後電流の増強につながることが考えられる。薬剤によりCl^-チャネルの開口確率の増加、開寿命の延長、あるいは閉寿命の短縮へ及ぼす作用に相違があった。さらに、興奮性シナプス伝達へのmodulation作用について調査した。ハロタンはnon-NMDA(AMPA)受容体よりもNMDA受容体を有意に抑制することを観察したが、プロポフォールでは前記の効果が観察できなかった。これらにつき、臨床的効果と関連づけて考察した。全身麻酔は健忘、鎮静、鎮痛、不動化、自律神経抑制などの要素から成る複合現象であり、麻酔薬の種類によってそれぞれの要素への作用強度が異なる。吸入麻酔薬ハロタン、イソフルレンと静脈麻酔薬プロポフォール、ジアゼパムの抑制性シナプス伝達へのmodulation作用について調査する目的で、Synaptic Networkが構築されたラット皮質ニューロンの初代培養標本から、パッチクランプ法をもちいて自発性抑制性シナプス後電流(miniature IPSC)を調査した。麻酔薬はシナプス後膜への効果として抑制性GABAergicなシナプス伝達を増強する作用があり、それぞれの麻酔薬がCl^-電流を増強することを確認した。しかしながら、そのminiature IPSCにおいて、ハロタン、イソフルレンはプロポフォールと比較して、よりdecay phaseを延長させた(1.2倍)がamplitudeは減少させる(0.8倍)結果となり、Cl^-電流の動態が一様でないことが推測された。単一チャネルにおいてkineticsを調査するため、cell-attachedモード下で解析を行ったところ、それぞれの麻酔薬によりコンダクタンスは変化せず、開口確率が増加することが確認された。さらにハロタン、イソフルレンではmean open timeの延長、プロポフォールではinterburst intervalの低下が観察された。これが麻酔薬による抑制性シナプス後電流の増強につながることが考えられるが、薬剤によりCl^-チャネルの開口確率の増加、開寿命の延長、あるいは閉寿命の短縮へ及ぼす作用に相違があり、臨床作用と関連づけて考察する必要がある。全身麻酔薬の作用機序の解明を目的として、Synaptic Networkが構築されたラット皮質ニューロンの初代培養標本から、パッチクランプ法を用いて、自発性抑制性および興奮性シナプス後電流(miniature IPSCおよびEPSC)を記録し、吸入麻酔薬ハロタンと静脈麻酔薬プロポフォールの興奮性および抑制性シナプス伝達へのmodulation作用について調査した。それぞれの麻酔薬がCl^-電流を増強することを確認した。さらにプロポフォールにはない効果として、ハロタンにはシナプス前への作用として電位依存性カルシウムチャネルへの抑制効果があったことを、灌流液がカルシウムフリーの場合とハロタン投与のデータが類似することから見い出し、その結果として伝達物質放出が抑制されることが推測された。また、Cl^-チャネルにおける単一チャネルレコーディングを取得、解析した。両麻酔薬によりそのコンダクタンスは変化させず、開口確率の増加が確認した。さらに、ハロタンではmean open timeの延長、プロポフォールではinterburst intervalの低下が観察された。その他、ハロタンは興奮性シナプス伝達のうち、non-NMDA(AMPA)受容体よりもNMDA受容体を有意に抑制することを観察した。これらのように麻酔薬によりその作用機序、効果において相違があり、臨床効果への違いについても考察した。
_生体膜干渉_とその応用に関する研究

本研究では,モデル生体膜であるリボソーム膜を「場」とする分子の振舞いに着目し,脂質膜上における生体高分子十本鎖RAA,ポリペプチド,他)の認識機構ならびに高次構造・機能制御について取り組んだ.特に,リボソーム膜は一本鎖RNA分子と選択的に相互作用する事を明らかにし,モデル生体膜が直接的にRNA機能を制御する"生体膜干渉"という概念を見出した(cf.RNA干渉).まず,生体高分子を認識するための「場」のデザインとして,種々のリン脂質およびコレステロールより構成されるリボソーム膜を調製し,その物理化学的な膜特性解析を行った.各種分光解析(蛍光分光,赤外分光,ラマン分光)により,脂質膜の相状態およびミクロ相分離挙動について検討を行い,粒径100nmのリボソーム膜上に10-30Åのナノドメインが形成されることを明らかにした.以上の結果は投稿論文2報に掲載済みである(Langmuir,29(15),4830-4838(2013);Solv.Extr.Res.Dev.Jpn.,20,1-13(2013).また,これら知見について各学会にて発表を行い,専門家らとの意見交換を行った(国内学会計3件).次に,表層デザインリポソーム膜を利用して生体高分子の認識機構について検討を行った結果,ナノドメイン性リボソーム膜は複数の相互作用(静電相互作用,疎水性相互作用,水素結合,表層環境の変化(脱水和),表面構造の合致)により一本鎖RNA分子を高選択的に膜表層へ誘導する事を明らかにした.さらにバルク環境とは異なる膜表層環境において,anA分子の高次構造が制御され,RNA機能(mRNA翻訳,Hammerhead Ribozyme自己切断)が制御可能である事を明らかにした.1RNA分子の表面特性および高次構造の解析手法を確立(円二色性分光,ラマン分光)し,脂質膜が生体高分子認識のための「場」として活用できる事を明らかにした.以上の結果は投稿論文に掲載済みである(Int'l.J.Bio1.Sci.,8(8),1188-1196(2012);Langmuir,29(6),1899-1907(2013);膜,37(6),264-269(2012).また,これら知見について各学会にて発表を行い,専門家らとの意見交換を行った(国内学会計5件).本研究では,生体膜(リポソーム)による直接的な生体分子の機能制御すなわち"生体膜干渉"の概念に基づき,生体膜による生体分子機能制御メカニズムを解明する事を目的とする.研究1年目では,まず翻訳の中核を担うRNA分子とリポソームとの相互作用メカニズムについて検討し,生体膜(リポソーム)上でのRNA翻訳メカニズムの解明を目指した.モデルRNAとしてtRNAを用いて,各種分光解析(蛍光分光法,赤外分光法,紫外可視分光法,円二色性分光法)を駆使して,tRNAのリン酸骨格および塩基部位がリポソームと相互作用し,脂質分子と水素結合を形成している可能性を示した.さらに,リポソーム膜上ではtRNAおよびmRNAが構造変化し,無細胞GFP発現系における翻訳効率に影響を及ぼすことを明らかにした.以上の知見はNucleicAcids Research誌に掲載済みである(Nucl.Acids Res.,39(20),pp.8891-8900(2011)).これら研究成果を進捗段階に応じてまとめ,研究発表を行なってきた(国際会議3件,国内シンポジウム4件).水素結合の可能性を確かめるため顕微ラマン分光解析も実施している.また,リポソーム相状態に応じてRNA相互作用が異なることを明らかにしている.相状態の異なる正電荷リポソームを用いてmRNAとの相互作用挙動を解析し,mRNA高次構造ならびに翻訳活性に及ぼす影響について研究発表を行い(国内シンポジウム1件),現在研究成果を論文にまとめている段階である.さらに,水性二相分配法を用いてRNA表面特性の解析し,学会発表(国内シンポジウム2件,国際会議1件)を行った.これら研究成果を論文にまとめている段階である.本研究では,モデル生体膜であるリボソーム膜を「場」とする分子の振舞いに着目し,脂質膜上における生体高分子十本鎖RAA,ポリペプチド,他)の認識機構ならびに高次構造・機能制御について取り組んだ.特に,リボソーム膜は一本鎖RNA分子と選択的に相互作用する事を明らかにし,モデル生体膜が直接的にRNA機能を制御する"生体膜干渉"という概念を見出した(cf.RNA干渉).まず,生体高分子を認識するための「場」のデザインとして,種々のリン脂質およびコレステロールより構成されるリボソーム膜を調製し,その物理化学的な膜特性解析を行った.各種分光解析(蛍光分光,赤外分光,ラマン分光)により,脂質膜の相状態およびミクロ相分離挙動について検討を行い,粒径100nmのリボソーム膜上に10-30Åのナノドメインが形成されることを明らかにした.以上の結果は投稿論文2報に掲載済みである(Langmuir,29(15),4830-4838(2013);Solv.Extr.Res.Dev.Jpn.,20,1-13(2013).また,これら知見について各学会にて発表を行い,専門家らとの意見交換を行った(国内学会計3件).次に,表層デザインリポソーム膜を利用して生体高分子の認識

機構について検討を行った結果,ナノドメイン性リボソーム膜は複数の相互作用(静電相互作用,疎水性相互作用,水素結合,表層環境の変化(脱水和),表面構造の合致)により一本鎖RNA分子を高選択的に膜表層へ誘導する事を明らかにした.さらにバルク環境とは異なる膜表層環境において,anA分子の高次構造が制御され,RNA機能(mRNA翻訳,Hammerhead Ribozyme自己切断)が制御可能である事を明らかにした.1RNA分子の表面特性および高次構造の解析手法を確立(円二色性分光,ラマン分光)し,脂質膜が生体高分子認識のための「場」として活用できる事を明らかにした.以上の結果は投稿論文に掲載済みである(Int'l.J.Bio1.Sci.,8(8),1188-1196(2012);Langmuir,29(6),1899-1907(2013);膜,37(6),264-269(2012).また,これら知見について各学会にて発表を行い,専門家らとの意見交換を行った(国内学会計5件).本課題の当初目標である「リポソーム-RNA相互作用メカニズム」が明らかとなり,脂質組成に応じた遺伝子発現制御("生体膜干渉")の可能性が示された.また,赤外分光法を用いてリポソーム膜上におけるRNA構造の分子論的解析に成功した.それゆえ,"生体膜干渉"の基本的な制御機構の解明については当初目標を達成できたと言える.また,リポソームならびにRNA分子の表面特性解析についても一定の成果を得た.以上より,本年度はおおむね研究計画通りの実験を行い,"生体膜干渉"現象に関する確かな研究成果を得られた.基本的に研究計画の変更はない.正電荷リポソームをモデル系として,脂質膜のドメイン構造が遺伝子の構造に及ぼす分子論的な効果をより詳細に検討する予定である.そのため,遺伝子の構造を脂質分子などに干渉される事なく分析が可能な,赤外分光法や顕微ラマン分光法を駆使する.これらの手法による遺伝子構造の解析は報告例がほとんどないため,新しい切り口による知見が得られると期待される.
単純型統合失調症をプロトタイプとした青年期認知機能障害の病態解明と治療法の確立

単純型統合失調症は、重大な社会生活機能障害を来たすため早期発見が重要であるが、潜行性に経過し陽性症状を認めないため診断は困難であり、治療法も明らかでない。本研究では、認知機能検査や脳機能画像検査といった客観的指標を用いて、単純型統合失調症をプロトタイプとした「青年期認知機能障害」を定義し、その病態を探るとともに薬物治療効果を検証した。その結果、「青年期認知機能障害」に対する薬物治療により、臨床症状と認知機能障害が改善する可能性を示した。我々は他の精神疾患に該当しないが、青年期に誘引なく認知機能低下をきたす群に注目し、これらを「青年期認知機能障害」と定義し、病態研究、治療研究を行っている。現在、20名の患者をエントリーした。対象患者は他施設で「診断なし」や「診断不明」とされてきたが、詳細な神経心理検査及び脳機能画像検査により、病前からの認知機能低下や脳機能異常が明らかになった。一部の患者では薬物療法が奏功し、社会復帰につながった例もみられている。こうした患者群は、これまで診断がつかないため「引きこもり」などと考えられることも多く、こうした状態の患者に生物学的な異常が存在し、更に薬物治療によって機能回復がみられる可能性が明らかになりつつあるため、社会へのインパクトは大きい。青年期に認知機能障害をきたす精神疾患としては統合失調症があるが、これは幻覚妄想を伴ってはじめて診断される。しかし、顕著な幻覚妄想を伴わず機能低下が進行する病態が存在し、これらは従来「単純型統合失調症」と言われてきたが、診断が難しいことなどから診断基準からも削除されている。本研究は、こうした病態を生物学的マーカーを導入して再定義し、治療法まで検討しようとしている点で価値が高い。我々は、他の精神疾患に該当しないが青年期に誘因なく認知機能低下を来たす群に注目し、これらを「青年期認知機能障害」と定義し、病態研究や治療研究を行っている。現在34名の患者をエントリーし、縦断的評価を継続している。対象患者は他施設で「診断不明」などとされてきたが、詳細な神経心理検査及び脳機能画像検査により、病前からの認知機能低下や脳機能異常が明らかになった。青年期に認知機能障害を来たす精神疾患としては統合失調症があるが、これは幻覚妄想を伴って初めて診断される。しかし、顕著な幻覚妄想を伴わず機能低下が進行する病態が存在し、これらは従来「単純型統合失調症」と呼ばれてきたが、診断の困難さなどから診断基準より削除されている。本研究では、一部の患者にて薬物療法が奏功し、社会復帰につながった例もみられている。このようにこれまで診断がつかなかった患者群において生物学的な異常が存在し、さらに薬物治療により機能回復が得られる可能性が明らかになりつつあるため、社会へのインパクトは大きい。患者のエントリー数が少ない。[第26回日本臨床精神神経薬理学会2016.11.17]常山暢人、鈴木雄太郎、大竹裕美、染矢俊幸:単純型統合失調症をプロトタイプとした「青年期認知機能障害」に対する薬物療法の効果・安全性について-効果についての検討-.[第26回日本臨床精神神経薬理学会2016.11.17]大竹裕美、鈴木雄太郎、常山暢人、染矢俊幸:単純型統合失調症をプロトタイプとした「青年期認知機能障害」に対する薬物療法の効果・安全性について-安全性についての検討-.[第37回日本臨床薬理学会2016.12.2]常山暢人、鈴木雄太郎、大竹裕美、染矢俊幸:単純型統合失調症をプロトタイプとした「青年期認知機能障害」に対する薬物療法の効果についての検討.統合失調症前駆期に注目が集まる一方、単純型統合失調症は「忘れられた診断」とも言われ、臨床では見逃されていることが多く、この病態に対する治療研究はほぼ無い。しかし、同病態がひきこもりや気分障害と誤診されている可能性が指摘されている。本研究では、単純型統合失調症をプロトタイプとし、青年期に誘因なく持続性の認知機能障害を呈する病態を「青年期認知機能障害」と定義し、薬物療法の効果・安全性を検証している。我々はこれまでに同症例50例をエントリーし1年間の縦断的評価を行い、薬物治療により認知機能障害および臨床精神症状が有意に改善することを示した。このような青年期の認知機能障害に対する病態・治療研究は、我々の知る限り初めてのものであり、「忘れられた病態」に対する治療可能性を明らかにしたことは臨床的意義が極めて高いと考えられる。当施設においてCT検査機器が諸事情により使用できなかったため。県内の精神科病院やクリニックに、対象となりうる症例を広く募集し、エントリー数を増やす。臨床精神薬理次年度からはCT検査も可能となるため検査上の支障はなくなる。患者エントリー数増大のため新聞やHPなどを利用して広く募集する。対象患者数が少なく、外注検査等が少なかった。成果発表についても十分には行えなかった。

本研究に使用する検査機器が一時的に使用できず研究が遅れているため。また、対象患者数が少なかったため、外注検査などが少なかった。対象患者を増やし、検査を行っていく。成果発表も遅れているため、学会や論文等で発表し研究費を使用していく予定である。成果発表も遅れているため、今年度はこうした発表に対しても研究費を使用していく予定である。
余剰次元ゲージ場模型での境界条件に対する任意性問題の完全解への探求

本研究は余剰次元模型における境界条件の任意性問題に対し一つの解を与えることを目的としている。余剰次元模型は標準模型を超える物理理論として期待されており、標準模型の枠組み内では説明することができない幾つかの問題に対して自然な解を与えることができる。しかしこの余剰次元模型にも解決すべき幾つかの問題が存在し、その一つに境界条件の任意性問題がある。余剰次元模型において各場に課される境界条件は系の物理的な性質を決定する上で重要な役割を果たす。しかし現在の模型ではこの境界条件を一意的に決定する原理は存在せず、系の定義として現象論的な知見から手で与えられている。本研究では境界条件を力学変数として捉えた動力学的なアプローチから境界条件を決定することを目的とし、以下の2つのステップから物理的に実現される境界条件を決定した。(i)経路積分的手法による境界条件の動力学のモデルの構成(ii)各境界条件の間の真空エネルギーの比較による境界条件の決定(i)のステップでは行列模型の解析を応用した経路積分的手法によってモデルを構成し、その結果実際に実現される境界条件には非自明な制限があるという重要な結果を明らかにした。(ii)のステップに関して、解析は物理系の詳細に依存するため、SU(5)ゲージ理論のもと、物理系がnon-supersymmetricなケースとsupersymmetricなケースに焦点を当て解析をおこなった。その結果、non-supersymmetricなケースにおいて標準模型のフェルミオンが標準模型の持つゲージ対称性SU(3)×SU(2)×U(1)のもとで自然に実現されるという特筆すべき結果を得た。supersymmetricなケースにおいては標準模型のフェルミオンが一つの4次元ブレーン上にlocalizeしているという特殊な状況において標準模型の持つゲージ対称性が実現された。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の研究目的は余剰次元ゲージ場の理論における境界条件の任意性問題を解決することである。現在の粒子加速器で到達することのできるエネルギースケールでの物理は標準模型と呼ばれる枠組み内で記述することができるが、より高エネルギー領域においてはこの標準模型を超えた物理理論が存在していると多くの研究者が期待している。本研究では余剰次元ゲージ場の理論によるアプローチからこの標準模型を超えた理論の構成を目指している。しかしこの模型においても幾つかの解決すべき問題が存在し、その一つに境界条件の任意性問題がある。余剰次元場の理論において余剰次元方向に対して課される境界条件は物理系の性質を決定する上で重要な役割を果たすが、その境界条件はある任意性が存在することが知られている。本研究ではこの任意性のある境界条件を力学変数とみなした動力学的なアプローチから物理的に実現される境界条件を決定することを目指す。この境界条件の動力学は大きく分けて以下の二段階から構成される。(i)経路積分的な手法による境界条件の動力学の構成(ii)境界条件間における真空エネルギーの比較による境界条件の決定(i)の段階はこれまでの先行研究によりすでに構成し、経路積分上の測度の性質により物理的に実現される境界条件には非自明な制限が存在することを示した。したがって平成27年度では(ii)の段階の解析をおこなった。各境界条件が持つ真空エネルギーは量子補正を受けることにより値に差が生じることが知られているので、(i)の段階によって制限された境界条件ごとの有効ポテンシャルを計算し、その最低エネルギーを比較することにより物理的に実現される境界条件を決定した。その結果、特にSU(5)ゲージ理論において標準模型の持つゲージ対称性SU(3)×SU(2)×U(1)、およびフェルミオンを我々のモデルで自然に実現することに成功した。本研究は現在までSU(N)ゲージ理論に限定してモデルを構成してきた。したがって今後の方向性としてSU(N)以外の古典群、特にSO(N)ゲージ群に対して定式化を拡張していきたいと考えている。しかし、我々の定式化の主な解析手法として行列模型と呼ばれる枠組み内で解析をおこなっているのであるが、SU(N)に関する行列模型の応用例の先行研究は比較的多く存在することに比べて、SO(N)に関する行列模型の応用例はあまり存在せず、さらに、SU(N)群と比べてSO(N)群の幾何的な構造は複雑であることからSO(N)ゲージ群への定式化の拡張が当初の予定よりも時間がかかっていることが理由として挙げられる。さらに、前年度は博士課程の卒業審査がある年であったので、学位論文の執筆、および口頭審査の準備などにより研究へ費やす時間が当初の予想よりも減ったことも研究の進捗状況の遅れの原因となっている。したがって今年度は前年度の反省を活かして、研究計画を出来るだけ具体的に立て研究をおこなっていくことが重要であると考える。

(i)経路積分的手法による境界条件の動力学のモデルの構成(ii)各境界条件の間の真空エネルギーの比較による境界条件の決定(i)のステップでは行列模型の解析を応用した経路積分的手法によってモデルを構成し、その結果実際に実現される境界条件には非自明な制限があるという重要な結果を明らかにした。(ii)のステップに関して、解析は物理系の詳細に依存するため、SU(5)ゲージ理論のもと、物理系がnon-supersymmetricなケースとsupersymmetricなケースに焦点を当て解析をおこなった。その結果、non-supersymmetricなケースにおいて標準模型のフェルミオンが標準模型の持つゲージ対称性SU(3)×SU(2)×U(1)のもとで自然に実現されるという特筆すべき結果を得た。supersymmetricなケースにおいては標準模型のフェルミオンが一つの4次元ブレーン上にlocalizeしているという特殊な状況において標準模型の持つゲージ対称性が実現された。これまでに構成したモデルはS^1/Z_2と呼ばれるタイプの余剰次元上でのSU(N)ゲージ理論に限定して構成した。したがって今後の方向性としては現在のSU(N)ゲージ群をSO(N)ゲージ群に模型を拡張することを念頭に置いている。そのためには現在のSU(N)群に対しての定式化をそのままSO(N)ゲージ群へ適用することができる部分とできない部分を明確にし、適用できない部分に関しては新たに定式化を構成し直すことが重要であると考える。更に別の方向性としては現在構成した模型を例えばRandall-Sundrum時空を入れた余剰次元上で構成することによりより現象論的なモデルを構成することが考えられる。これにより、現実の物理と我々の構成したモデルの対応関係が明確になり、予言能力が向上することが期待される。更に将来的な方向性としては現在構成した余剰次元に対する境界条件の動力学を他の物理系、例えば物性系や統計的な系へ応用することが可能であるかどうかも検証することも課題である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
癌の骨転移におけるTGF-β/BMPシグナルの統合的解析と治療法の開発

癌の骨転移は多種多様の因子群が関わる非常に複雑なシステムであり、TGF-β(transforming growth factor-β)シグナルとその他数多くの骨転移シグナルネットワークがどのように作用しているのか、その仕組みは現在でもほとんど理解されていない。さらに、TGF-βやファミリーの一員で骨に大量に存在するBMP(bone morphogenetic protein:骨形成因子)のシグナル研究については、骨転移への関与が示唆されつつも、未だ不明な点が多い。このような状況を打開する試みの一つとして、申請者は、癌の骨転移に関わるTGF-β/BMPシグナル伝達系を統合的に理解し、治療法を開発することを目指し、研究を遂行した。具体的には、(1)ヒト乳がん細胞株MDA-MB-231から効率に骨に転移する亜株をクローニングし、親株と高骨転移株からmRNAを抽出し、マイクロアレイによって骨転移に重要で、TGF-β/BMPシグナルに関与する遺伝子を同定した。(2)さらに、TGF-βシグナル阻害剤投与が乳がん転移を抑制することを明らかにし、BMPシグナル抑制因子遺伝子導入がTGF-βシグナル抑制因子遺伝子導入と協調的にヒト乳がん細胞株MDA-MB-231の骨転移を抑制できることをインビボで明らかにした。(2)また、TGF-βが抗アポトーシス作用を持つDEC1の発現誘導を介して、乳がんの生存に重要な働きを担っていることを明らかにした。本研究課題では、多種多様の因子群が関わる非常に複雑なシステムである癌の骨転移に関わるTGF-β/BMPシグナル伝達系を統合的に理解し、治療法を開発するために必要な基礎的知見を得ることを目的として、1)乳腺に移植して骨に高率に転移する自然転移モデルの開発、2)TGF-β/BMPシグナルを中心とした癌の骨転移の分子機構の全休像の描出、3)TGF-β/BMPシグナル阻害剤とシグナル抑制因子遺伝子導入の治療への応用、の具体的な3点に焦点を絞り、研究を推進した。まず、高率に骨に転移する自然転移モデルの開発のために、ヒト乳癌細胞株MDA-MB-231とマウス乳癌細胞株4T1にルシフェラーゼ遺伝子を導入した細胞株を作製し、in vivoでイメージングする系を立ち上げた。MDA-MB-231細胞の骨転移モヂルにおいては、通常移植後5-6週でX線上骨転移が確認できるが、in vivoイメージングを用いることによって移植後2-3週で骨での癌細胞の増殖を確認することに成功した。4T1細胞の肺転移モデルにおいては、in vivoイメージングを用いることによって移植後4週から生きたマウスで肺転移をモニターすることに成功した。次に、MDA-MB-231細胞とマウス乳癌細胞株JygMc(A)を用いてマイクロアレイによる解析をおこなったMDA-MB-231細胞の場合は高骨転移株で発現が上昇している遺伝子を約10種類得た。さらにJygMC(A)細胞の場合は、TGF-β刺激にようて発現が上昇する遺伝子を数種類得た。現在、マイクロアレイによって得られた遺伝子産物の転移における役割の解析をおこなっている。乳癌や前立腺癌の骨転移はそれ自体が致命的になることは少ないが、骨痛や神経圧迫症状により患者のQOLを著しく低下させることが多く、骨転移のコントロールは多くのがんの治療において重要な課題である。最近ではビスフォスフォネート製剤などの台頭による積極的な骨転移治療傾向の兆しは見えるが、整形外科領域においては未だ骨転移に対する本質的治療はほとんどおこなわれておらず、諸問題解決の努力が十分になされていないのが現状である。近年、実験的骨転移モデルの解析から、骨に大量に存在するTGF-β(transforming growth factor-β)が癌の骨転移において重要な働きを担っていることがわかり、ともすれば、癌の骨転移の分子メカニズムの全体像が理解されたかに思われている。しかしながら、癌の骨転移は多種多様の因子群が関わる非常に複雑なシステムであり、TGF-βシグナルとその他数多くの骨転移シグナルネットワークがどのように作用しているのか、その仕組みは現在でもほとんど理解されていない。

さらに、TGF-bやファミリーの一員で骨に大量に存在するBMP(bone morphogenetic proteh:骨形成因子)のシグナル研究については、骨転移への関与が示唆されつつも、未だ不明な点が多い。このような状況を打開する試みの一つとして、申請者は、癌の骨転移に関わるTGF-β/BMPシグナル伝達系を統合的に理解し、治療法を開発することを目指し、本年度はヒト乳癌細胞株MDA-MB-231の親株及び高骨転移株のマイクロアレイによる解析の2点を達成した。癌の骨転移は多種多様の因子群が関わる非常に複雑なシステムであり、TGF-β(transforming growth factor-β)シグナルとその他数多くの骨転移シグナルネットワークがどのように作用しているのか、その仕組みは現在でもほとんど理解されていない。さらに、TGF-βやファミリーの一員で骨に大量に存在するBMP(bone morphogenetic protein:骨形成因子)のシグナル研究については、骨転移への関与が示唆されつつも、未だ不明な点が多い。このような状況を打開する試みの一つとして、申請者は、癌の骨転移に関わるTGF-β/BMPシグナル伝達系を統合的に理解し、治療法を開発することを目指し、研究を遂行した。具体的には、(1)ヒト乳がん細胞株MDA-MB-231から効率に骨に転移する亜株をクローニングし、親株と高骨転移株からmRNAを抽出し、マイクロアレイによって骨転移に重要で、TGF-β/BMPシグナルに関与する遺伝子を同定した。(2)さらに、TGF-βシグナル阻害剤投与が乳がん転移を抑制することを明らかにし、BMPシグナル抑制因子遺伝子導入がTGF-βシグナル抑制因子遺伝子導入と協調的にヒト乳がん細胞株MDA-MB-231の骨転移を抑制できることをインビボで明らかにした。(2)また、TGF-βが抗アポトーシス作用を持つDEC1の発現誘導を介して、乳がんの生存に重要な働きを担っていることを明らかにした。