hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新しい糖脂質分解酵素を用いたスフィンゴ脂質の糖鎖工学・脂質工学

糖脂質に作用して脂肪酸を遊離しリゾ糖脂質を生成する酵素(SCDase)の遺伝子を単離し、全塩基配列を決定した。SCDaseを用いた天然型のD-erythro型リゾ糖脂質の大量調製法を開発するとともに、D-erythroリゾGM1およびリゾGM2が40μMの濃度で神経芽腫瘍細胞Neuro2Aにアポトーシスを誘導することを明らかにした。また、スフィンゴミエリンデアシラーゼを生産する海洋細菌を新たに単離し、その菌を生体触媒としたD-erythro-(2S,3R)-sphingosylphosphorylcholine(SPC)の大量調製法を開発した。SPCは、20μMでヒト白血病細胞にCPP-32を経由したアポトーシスを誘導した。一方、エンドグリコセラミダーゼ(EGCase)で調製したGM1のオリゴ糖は20μMで血清飢餓による神経細胞のアポトーシスを回避し、生存促進作用を示した。SCDaseは加水分解反応のみならず、加水分解の逆反応と脂肪酸交換反応を非常に効率よく触媒することを見い出した。加水分解反応と逆反応のキネティクスを詳細に検討したところ、pH酸性域で高濃度の界面活性剤存在下では加水分解が優先的に進むが、中性域で界面活性剤の濃度が下がると逆反応が優先的に進行することが明らかになった。逆反応を利用して、[^<14>C]標識した種々の糖脂質やスフィンゴミエリン及びセラミドを高収率で作製する方法を確立した。また、SCDaseを用いてアミノ脂肪酸やDHAやEPA等の高度不飽和脂肪酸を導入できることも確認した。SCDaseによる脂肪酸の転移及び交換反応を利用することにより糖脂質の脂質分子種の再構築ならびに標識化が極めて容易になり、「糖脂質の脂質工学」という新しい研究分野が創出されることが期待される。Pseudomonasに属する細菌が糖脂質に作用して脂肪酸を遊離しリゾ糖脂質を生成する酵素(スフィンゴ脂質セラミドN-デアシラーゼ;SCDase)を分泌することを見いだし、初めて本酵素タンパク質を精製した。SCDaseを用いることで簡単に天然型のD-erythro型リゾ糖脂質を調製することができる。興味深いことに、D-erythroリゾGM1およびリゾGM2は40μMの濃度で神経芽腫瘍細胞Neuro2Aにアポトーシスを誘導したが、GM1やステアリン酸及びスフィンゴミエリンのリゾ体は100μMでもアポトーシスを誘導しなかった。一方、EGCaseで調製したGM1のオリゴ糖は20μMで血清飢餓による神経細胞のアポトーシスを回避し、生存促進作用を示した。この作用は、シアリルラクトースやラクトースでは再現できず、ガングリオシドオリゴ糖に特有な機能であり、その作用メカニズムに興味が持たれる。また、SCDaseを用いてアミノ脂肪酸や高度不飽和脂肪酸を導入できることも確認した。GM1のみならず、エンドグリコセラミダーゼ(EGCase)で調製したGM1-オリゴ糖にも神経突起伸展作用があることが見い出された。

GM1オリゴ糖の有効濃度は、GM1に比べて高いもののガングリオシドの糖鎖自身に神経細胞の分化誘導能があることを示した初めての例として注目される。GM1には神経細胞の保護作用が知られているが、驚くことにGM1オリゴ糖にはGM1を凌ぐ生存促進効果が認められた。この効果は、Neruro2a細胞だげでなくラットのクロム親和性細胞腫PC12細胞でも、NGFの有無に関わらず観察された。しかしながら、シアリルラクトースやラクトースには神経細胞の分化や生存促進効果は見られなかった。GM1オリゴ糖は神経細胞のガングリオシドやその他のスフィンゴ脂質のde novoの合成活性を昂進することが見い出されたので、神経栄養因子様の作用をしているものと考えられる。スフィンゴ脂質から脂肪酸が外れたリゾスフィンゴ脂質は、様々なスフィンゴ脂質代謝異常症において蓄積されることが知られていたが、最近になって正常組織や癌細胞にも微量であるが存在し、細胞内情報伝達系に関与していることが指摘されている。しかし、現在に至るまでリゾスフィンゴ脂質の生成機構に関しては有力な知見がなく、その生理機能に関しても不明な点が多い。私たちは、糖脂質及びスフィンゴミエリンに作用して脂肪酸を遊離しそれぞれのリゾ体を生成する酵素(スフィンゴ脂質セラミドN-デアシラーゼ;SCDase)を見いだした。SCDaseを用いて調製したD-erythroリゾGM1及びリゾGM2は40μMの濃度で神経細胞にICEを経由したアポトーシスを誘導したが、GM1やGM2は100μMでもアポトーシスを誘導しなかった。この結果は、糖脂質代謝異常症の真の病因がリゾガングリオシドの蓄積にあることを強く示唆している。
電子状態の異なる分子状金属酸化物の混晶化による化学ドーピングと物性制御

分子状のMoやW酸化物であるポリオキソメタレートについて、電子状態の異なる複数のクラスターからなる混晶を作製し、組成比に応じてマクロスコピックな性質が変わるような系を実現する。固体中のポリオキソメタレートの対カチオンとなる無機イオンや有機カチオンに取り囲まれており、カチオンの大きさ・価数・酸化還元活性などをパラメーターとして様々な結晶性試料を調整し、溶解性・酸化還元活性・電気伝導性・誘電性を表す物性値を組成比でプロットした状態図を作製する。得られた結果を基に、不均一触媒・固相電解質・電池材料・エレクトロニクス材料としてのパフォーマンスの向上や新奇性を開拓する研究を展開する。本研究では、混合比に応じてマクロスコピックな固体の性質・物性として溶解性・酸化還元活性・電気伝導性・誘電性が変化するような系を実現する。これらの性質は、固体としての触媒活性、エレクトロクロミズム、イオン伝導、電子伝導、誘電分極の物性・機能に直結する。特にこれを、ヘテロ原子をS(VI), P(V), Si(IV), B(III)、骨格金属種Mo(V/VI)をW(V/VI)と替えることでケギン型クラスターを用いた4×2の“周期率"に対応した超原子を対象とする。二種類のクラスターAとBを混合し、作製した結晶性試料について混合状態を明らかにし、物性評価から状態図を作製することを目指す。これまでDMFを用いることでTPA(テトラプロピルアンモニウム)をカチオンとした[PMoVMoVI11O40]4-と[SiMoVI12O40]4-の混晶化に成功し、その電気伝導度が組成比に依存する予備成果を得た。この系を用いて上記目的の研究を行った。[PMoVMoVI11O40]4-と同型同価数を持ちつつ還元されていない[SiMoVI12O40]4-のテトラプロピルアンモニウム(TPA)の塩が同形結晶を与えることがこれまでに分かっている。そこで、両者の混晶を新たに作製し、定性・定量方法の確立、そして物性評価をおこなった。両者の混合溶液に対カチオンとなるテトラプロピルアンモニウム(TPA)を加えることで生じた沈殿をDMF溶媒で再結晶することで、単純な合成法で良質な単結晶を得ることに成功した。単結晶1粒を用いたIR、EPMA測定から、結晶1つの中で{PMo12}と{SiMo12}が混合していることを確認した。また、UV-vis-NIR測定から検量線法を用いて混晶中の存在比を割り出し、合成実験の段階である程度の制御が可能であることも明らかになった。また、単結晶試料、多結晶粉末試料、アモルファス状態の粉末試料を用いて電気物性測定では直流電気伝導度を行った。いずれの試料においても、{PMo12}の存在率が増加するにつれて電気伝導度が増加することを明らかにした。ここから、今回の系中で電子輸送において還元電子はPOMとPOMの間に存在するカチオンを乗り越えるだけで活性化エネルギーのほとんどを消費しており、電気伝導性を支配する因子は還元によりPOMに導入された電子である可能性が新たに示された。POMの多段階な電子受容過程から見積もられるオンサイトクーロン反発は溶液中での電気化学測定から0.1 eVのオーダーであり、今回の系よりはより小さいか、同程度であり、電子相関を利用した電子輸送系の構築にはよりキャリア輸送に適した設計が必要であると示唆された。個々の原子AとBは1固体中でランダムに存在し、2電子的な相関が働くため両者が融合した「シナジー効果」が現れる。そのため、あたかもAともBとも異なる新しい化合物の様にふるまう。加えて、3組成比xを連続的に変化させることで物性・機能性のチューニングも可能になる。これまでに得た系について、混合比を替えながら諸性質の変化を明らかにする。★性質の評価:・溶解性:可溶な溶媒種や溶解度を組成比に応じて評価・酸化還元活性:固体状態での電気化学的CV測定・電気伝導度と誘電性:直流伝導度、インピーダンス測定からイオン伝導と電子伝導を評価・固相31P-NMR:Pを内包した場合、常磁性な還元種でもM-O骨格の電子状態に応じて中心のP原子のケミカルシフトは大きく変化し、固相における電子系の融合状態を直接評価できる。

特にこれを、ヘテロ原子をS(VI), P(V), Si(IV), B(III)、骨格金属種Mo(V/VI)をW(V/VI)と替えることでケギン型クラスターを用いた4×2の“周期率"に対応した超原子を対象とする。二種類のクラスターAとBを混合し、作製した結晶性試料について混合状態を明らかにし、物性評価から状態図を作製することを目指す。これまでDMFを用いることでTPA(テトラプロピルアンモニウム)をカチオンとした[PMoVMoVI11O40]4-と[SiMoVI12O40]4-の混晶化に成功し、その電気伝導度が組成比に依存する予備成果を得た。この系を用いて上記目的の研究を行った。[PMoVMoVI11O40]4-と同型同価数を持ちつつ還元されていない[SiMoVI12O40]4-のテトラプロピルアンモニウム(TPA)の塩が同形結晶を与えることがこれまでに分かっている。そこで、両者の混晶を新たに作製し、定性・定量方法の確立、そして物性評価をおこなった。両者の混合溶液に対カチオンとなるテトラプロピルアンモニウム(TPA)を加えることで生じた沈殿をDMF溶媒で再結晶することで、単純な合成法で良質な単結晶を得ることに成功した。単結晶1粒を用いたIR、EPMA測定から、結晶1つの中で{PMo12}と{SiMo12}が混合していることを確認した。また、UV-vis-NIR測定から検量線法を用いて混晶中の存在比を割り出し、合成実験の段階である程度の制御が可能であることも明らかになった。また、単結晶試料、多結晶粉末試料、アモルファス状態の粉末試料を用いて電気物性測定では直流電気伝導度を行った。いずれの試料においても、{PMo12}の存在率が増加するにつれて電気伝導度が増加することを明らかにした。ここから、今回の系中で電子輸送において還元電子はPOMとPOMの間に存在するカチオンを乗り越えるだけで活性化エネルギーのほとんどを消費しており、電気伝導性を支配する因子は還元によりPOMに導入された電子である可能性が新たに示された。POMの多段階な電子受容過程から見積もられるオンサイトクーロン反発は溶液中での電気化学測定から0.1 eVのオーダーであり、今回の系よりはより小さいか、同程度であり、電子相関を利用した電子輸送系の構築にはよりキャリア輸送に適した設計が必要であると示唆された。個々の原子AとBは1固体中でランダムに存在し、2電子的な相関が働くため両者が融合した「シナジー効果」が現れる。そのため、あたかもAともBとも異なる新しい化合物の様にふるまう。加えて、3組成比xを連続的に変化させることで物性・機能性のチューニングも可能になる。これまでに得た系について、混合比を替えながら諸性質の変化を明らかにする。★性質の評価:・溶解性:可溶な溶媒種や溶解度を組成比に応じて評価・酸化還元活性:固体状態での電気化学的CV測定・電気伝導度と誘電性:直流伝導度、インピーダンス測定からイオン伝導と電子伝導を評価・固相31P-NMR:Pを内包した場合、常磁性な還元種でもM-O骨格の電子状態に応じて中心のP原子のケミカルシフトは大きく変化し、固相における電子系の融合状態を直接評価できる。
新規睡眠関連遺伝子に基づくレム睡眠制御機構の解明

フォワードジェネティクスにより樹立されたDreamless変異マウスは、レム睡眠の総時間および一回あたりの平均時間に顕著な短縮を呈する。次世代シークエンスおよび遺伝子連鎖解析により、原因遺伝子として電位非依存性イオンチャネルをコードするNalcnを見出し、遺伝子変異部位も同定した。さらに、最新のゲノム編集技術CRISPR/Cas9システムを用いてNalcn遺伝子特異的に同様の変異を導入し、Dreamlessマウス表現型の再現に成功することでNalcn遺伝子と表現型の因果関係を明らかにした。これらの結果により、Nalcn遺伝子がレム睡眠の制御に関わるということが世界で初めて明らかとなった。レム睡眠異常をもたらす新規睡眠関連遺伝子DRL発現細胞の神経領域内分布・性質・機能の解明Dreamless変異マウスにおける候補遺伝子DRLおよび塩基配列変異部位が、遺伝子連鎖解析と次世代シーケンシングにより同定されていた。そこで、CRISPR/Casシステムを用いて候補遺伝子DRLのみに特異的に変異導入することでDreamless変異マウスの再現を試みた。その結果、DRL遺伝子特異的改変アリルを持つマウス個体の作成に成功し、このヘテロ変異個体を用いて脳波筋電図測定(EEG/EMG recording)により睡眠覚醒様式について解析した結果、レム睡眠時間減少の表現型を示した。すなわち、DRL遺伝子がレム睡眠異常の原因遺伝子であることを直接証明し、本研究におけるレム睡眠異常と原因遺伝子変異部位との因果関係を確定することができた。次に、新規睡眠関連遺伝子であることが確定したDRL遺伝子について、この遺伝子がレム睡眠行動制御に関わる神経回路の形成および維持においてどのように機能しているかを調べるため、中枢神経系におけるDRL遺伝子発現細胞の性質を解析しようと考えた。まずは野生型の成獣マウス脳のコロナル切片サンプルを用いて、遺伝子発現の検出方法としては感度の高い特殊なin situハイブリダイゼーション法を用いる。これにより、DRL遺伝子発現細胞の分布について詳細な全脳的マップを作製する。さらに、これまで報告されていたレム睡眠制御に関連する神経領域において発現があるのかを調べる。また、各種分子マーカーを用いた二重in situ法もしくは免疫染色との組み合わせにより、DRL遺伝子発現細胞の細胞種および神経伝達物質サブタイプなどについて解析を行う。これらにより、発現細胞が、どの神経核領域が主要な発現部位で、どのように働く(抑制性・興奮性など)のかを調べることで、どのようにレム睡眠行動制御回路において機能しているのかを明らかにしようと試みた。新規睡眠関連遺伝子DRLの発現を検出する方法として、ViewRNA ISH法と呼ばれる感度の高い特殊なin situハイブリダイゼーション法をaffymetrix社より導入し、野生型成獣雄マウス脳の前額断切片を吻側より尾側へ一定距離ごとに採用しサンプルとして用い、DRL遺伝子発現細胞の神経領域内分布について同定することを試みた。その結果、当初予想していた限局的な発現ではなく、意外なことに嗅球、大脳皮質および海馬、視床や視床下部を含む間脳領域、中脳、小脳、脳幹橋、延髄、脊髄などの、中枢神経系に該当するほとんどすべての領域で、その強弱はあるものの発現している様子がみられた。しかしながら、それらの中でも特に、記憶に深い関連がある海馬のCA1・CA3・歯状回(dentate gyrus)における顆粒細胞層、情動行動に関わる扁桃体(Amygdala)や手綱核(Habenular nucleus)、睡眠や概日リズム形成に関わる神経領域である視交叉上核(SCN)、全身の恒常性制御に関与する視床下部の亜核である室傍核(PVN)や腹内側核(VMH)や弓状核(Arc)、呼吸中枢として知られる吻側腹外延髄のretrotrapezoid nucleus(RTN)などの領域で強い発現がみられた。これらのDRL遺伝子の強い発現が確認された領域の中でも、手綱核や海馬はレム睡眠時のシータリズムの出現に関与することが報告されており(Aizawa etal, The Journal of Neuroscience, 2013)、また背側脳幹橋の一部のニューロンはレム睡眠の制御に関与することが報告されている(Hayashi et al., Science, 2015)。加えて、二重in situ法により、DRL発現神経細胞には興奮性のものや抑制性のものがあることがわかった。以上より、レム睡眠減少の原因遺伝子DRLの発現パターンについて、成体期マウスにおける詳細な全脳的マップが得られたことにより、本年度の研究実施計画における当初の目的は達成できた。<平成28年度研究実績の概要>レム睡眠異常をもたらす新規睡眠関連遺伝子Nalcnの生理学的機能の解析Dreamless変異マウスはレム睡眠の「24時間あたりの平均時間」および「一回あたりの平均時間」に顕著な短縮を呈する。前年度には、原因遺伝子Nalcn(Sodium Leak Channel, Non-Selective)および遺伝子変異部位を同定、CRISPR/Cas9システムを用いてNalcn遺伝子特異的に変異を導入することでDreamlessマウスの再現を試み、同様の表現型を示したことでこれに成功した。さらにNalcn遺伝子について、睡眠制御に関わる神経回路において発現しているかを調べるため、中枢神経系におけるNalcn遺伝子発現細胞の分布について解析を行い、Nalcn遺伝子がレム睡眠に関連する神経領域のみならず、脳の広範囲に渡って発現することが明らかとなった。次に、Nalcn遺伝子に見出されたDremaless変異が膜イオンチャネルタンパクとしての機能にどう影響を与えるのかを調べるため、HEK293培養細胞への強制発現を行い電気生理学的性質について調べた。

また、Nalcn遺伝子がレム睡眠を制御する神経回路において機能しているのかを調べるため、レム睡眠の終止に関与する神経細胞を含む深部中脳核領域において、Dreamless変異が神経細胞の電気生理学的な性質に影響を及ぼすか調べた。また、Nalcn遺伝子について脳部位特異的遺伝子欠損をおこなうため、コンディショナルノックアウトアリル(Nalcn-flox)を作成した。これらにより、Nalcn遺伝子のレム睡眠量への寄与について検討し、レム睡眠を制御することが知られている神経回路において我々が見出したNalcn遺伝子変異が与える影響について調べることで、正常なNalcn発現細胞がいかに働くかを明らかにしようと試みた。フォワードジェネティクスにより樹立されたDreamless変異マウスは、レム睡眠の総時間および一回あたりの平均時間に顕著な短縮を呈する。次世代シークエンスおよび遺伝子連鎖解析により、原因遺伝子として電位非依存性イオンチャネルをコードするNalcnを見出し、遺伝子変異部位も同定した。さらに、最新のゲノム編集技術CRISPR/Cas9システムを用いてNalcn遺伝子特異的に同様の変異を導入し、Dreamlessマウス表現型の再現に成功することでNalcn遺伝子と表現型の因果関係を明らかにした。これらの結果により、Nalcn遺伝子がレム睡眠の制御に関わるということが世界で初めて明らかとなった。今後の研究推進方策として、どのようにしてDreamless変異マウスに特徴的な睡眠覚醒様式の変化が現れるのか、新たなDRL遺伝子改変マウスを用いた脳へのウイルスベクター注入実験によって、その原因を明らかにしていきたい。本年度の研究過程において、共同研究として筑波大学の生命科学動物資源センターとのDreamless-floxノックインマウス作成実験も平行して進んでいることから、平成28年度の秋頃にはCreリコンビナーゼタンパクを強制的に発現させるウイルスベクターを用いた、脳内局所微量投与によるloss-of-function実験も開始できることが期待される。これにより、神経領域特異的にDreamless遺伝子を欠失させることが可能となり、Dreamless遺伝子がレム睡眠を制御する神経回路において、いったいどの部分で機能しているのかを明らかにできる可能性がある。ウイルスベクター注入部位の選定については、Dreamless遺伝子の脳内発現パターンを調べたin situハイブリダイゼーション実験から得られた情報より、特に顕著に発現が強い領域を優先的に候補に挙げ、その中でもこれまでレム睡眠制御と関連があると報告されている脳部位をターゲットにする予定である。さらに、DRL発現細胞の性質について各種神経細胞種マーカーあるいはグリア細胞マーカーなどとの蛍光二重in situハイブリダイゼーション法や免疫組織化学染色法を用いて詳細に調べる。
嗅球のシナプス回路形成におけるReelinシグナル系の役割の解明

既にクローン化しているreelinおよびdisabled-1(dab1)遺伝子を利用し大腸菌に発現させたReelinおよびDab1部分タンパク質をウサギに免役し、両者に対する抗血清を得た。これらの抗血清は、マウス脳のウェスタンブロットあるいは免疫組織化学において、ReelinおよびDab1タンパク質を認識した。次にin situハイブリダイゼーション(ISH)法により、正常マウス嗅球におけるreelinおよびdab1発現細胞を検討した。reelinメッセンジャーRNA(mRNA)は、僧帽細胞において最も強い発現が見られ、傍糸球細胞などにも発現が認められたが、顆粒細胞では発現はほとんど認められなかった。一方、dab1 mRNAの発現は、顆粒細胞において最も顕著であった。次に、マウス成獣の片側鼻腔内に硫酸亜鉛溶液を投与して嗅上皮および嗅細胞を破壊し嗅球への嗅覚刺激入力を遮断し、reelin遺伝子の発現に与える影響をISH法により検討した。対照標本として処理動物の健常側ならびに未処理動物を用いた比較の結果、硫酸亜鉛処理による嗅球への脱入力により、嗅球僧帽細胞におけるreelin mRNA発現量は著しく減少した。発現の減少は、脱入力直後から検出され、約3週間にわたって減少し続けたが、その後回復し始め、約6週後には正常レベルにまで回復した。reelin発現の減少および回復の過程が嗅神経の消失、再生の過程と一致するかどうかを、硫酸亜鉛処理した動物の嗅神経軸索をトレーサーによる順行性標識法により可視化した。その結果、硫酸亜鉛処理による嗅神経軸索の消失、再生の経過は、先に示したreelin mRNA発現の減少、回復過程と良く一致していた。この結果は、脱入力により神経活動が阻害された僧帽細胞において、何らかの理由でreelin遺伝子の発現がダウンレギュレートされることを示唆する。
細胞接着の数理：実験、モデリング、解析

細胞接着は生命科学分野において非常に重要な現象である。本研究の目的は、細胞接着現象を解明するための数理的基盤を構築することであった。そのために、実験、モデリング、解析を包括的に行った。実験によって、細胞の増殖率や環境収容力、細胞接着強度などを実測した。その実験を元に、数理モデルを構成し、数値実験を行った。その結果、細胞接着に関連する様々な現象を定性的にも定量的にも再現できることが分かった。更に、数理モデルの基本的な性質について数理解析を行った。また、実際の生命現象の解明に向けた応用を行った。本研究の目的は、細胞接着現象を解明するための数理的基盤を構築することである。そのために、実験、モデリング、解析を包括的に行う。平成26年度の研究実績は以下の通りである。分担者・富樫は、2種類の細胞が特徴的なモザイク様のパターンに並ぶマウスの嗅上皮をモデルに、カドヘリン、ネクチンの2種類の細胞接着分子が協調的に細胞選別に働く分子メカニズムの検討を行った。また、細胞接着現象のモデリングに必要な情報である、細胞の拡散係数や細胞分裂の割合、環境収容力、細胞接着強度などについて定量的な値の計測・調査を行った。代表者・村川は、モデリングのための文献調査を行い、既存のモデルの問題点の抽出、精査、考察を行った。富樫による実験結果を観察し、文献調査を基にした考察と数多くの数値計算による知見を総合して、細胞接着現象を記述する数理モデルを提案した。富樫の実験によって得られた定量的な値を数理モデルに代入し、数値計算を行ったところ、提案したモデルは定量的にも現象を再現できるものであることが分かった。また、村川は、本研究課題における数値計算に必要な、非線形拡散問題に対する数値解法についての解析を進め、誤差評価に関する結果を得た。代表者・村川と分担者・若狭は共同で、提案した数理モデルの解析に着手した。解の一意存在性を示すために、移流、移流拡散、非局所項の取り扱いなどについての文献収集、ディスカッションを行い、基礎研究を進め、今後の解析に向けた手がかりを得た。平成27年度の研究実績は以下の通りである。分担者・富樫は、平成26年度に引き続き、2種類の細胞が特徴的なモザイク様のパターンに並ぶマウスの嗅上皮をモデルに、カドヘリン、ネクチンの2種類の細胞接着分子が協調的に細胞選別に働く分子メカニズムの検討を行った。本研究課題では、細胞密度に関するモデルの提出と、その解析を念頭に置いているが、富樫と代表者・村川は、現象の本質の理解に向けて、細胞単位の挙動についても、実験と数理の双方からの意見交換、情報交換を行った。村川と分担者・若狭は共同で、本研究課題の成果として提案した数理モデルの解析を進めている。1種細胞種の細胞集団の挙動について、その弱解の一意存在性を示した。また、この問題には、自由境界と呼ばれる有限の速さで動く境界が現れることを示し、その自由境界の振る舞いが、ある常微分方程式の解により表されることを明らかにした。2種細胞種の細胞集団の問題は、解が不連続になるなど、解析的に取り扱いが困難である。この問題に対する解析に向けての基礎研究を行っい、解についてのいくつかの評価を得た。本研究課題におけるこれまでの一連の研究成果が認められ、村川は2015年度応用数学研究奨励賞を受賞した。細胞接着現象は生命科学分野において非常に重要な現象であり、本研究の応用は幅広い。村川は実際に、国内外の生命科学者と議論を行い、実際の生命現象の解明に向けた共同研究を開始した。当初の研究計画通りに順調に研究が進んでいるため。分担者・富樫は、カドヘリン、ネクチンの2種類の細胞接着分子が協調的に細胞選別に働く分子メカニズムの検討を行った。村川と分担者・若狭は共同で、提案した数理モデルの解析を進めた。村川は、実際の生命現象の解明に向けて、本研究課題における成果の応用を行った。

大脳皮質形成過程におけるある化学物質の細胞接着への影響について、数理モデルを用いてある性質を予測し、共同研究者等による実験によってその予測が正しいことが検証された。その結果は、これまでに全く知られていなかったものであり、本研究の重要性を示すものである。更に、複数の応用研究に着手している。細胞接着は生命科学分野において非常に重要な現象である。本研究の目的は、細胞接着現象を解明するための数理的基盤を構築することであった。そのために、実験、モデリング、解析を包括的に行った。実験によって、細胞の増殖率や環境収容力、細胞接着強度などを実測した。その実験を元に、数理モデルを構成し、数値実験を行った。その結果、細胞接着に関連する様々な現象を定性的にも定量的にも再現できることが分かった。更に、数理モデルの基本的な性質について数理解析を行った。また、実際の生命現象の解明に向けた応用を行った。当初の研究計画通りに順調に研究が進んでいるため。研究は当初の研究計画通りに順調に進んでおり、本年度も引き続き当初の計画通りに進めていく予定である。なお、実際の生命現象の解明に向けて生命科学者と共同研究を開始しており、そうした応用面に向けても研究を広げていく。数物系科学研究は当初の研究計画通りに順調に進んでおり、本年度も引き続き当初の計画通りに進めていく予定である。ただし、解析の遂行や応用へ向けたより深い議論が必要であるため、代表者、分担者間で初年度よりも密な研究打ち合わせを行う。
ヨード密度CT画像を用いた肝線維化の評価法の開発

ボランティア実験、臨床例の検討のため施設倫理委員会の承認が得られた。(1)ヒトによるヨード密度値の定量測定と最適なパラメーターの確立のため、正常肝を有するボランティア患者10名および,生検にて組織学的に肝線維化が評価されたウイルス性慢性肝炎・肝硬変を有する臨床患者に対して,DECTによる造影ダイナミックCT撮像を行いデータ収集を行っている。予定症例数としては慢性肝炎(組織学的な線維化スコアF0-3),肝硬変(F4)患者それぞれ30名(計60名)を目標とする.CT撮像は通常の臨床で行われる撮像方法に従い,各相でのヨード密度画像を作成し,ヨード密度をROIにて測定する.そのデータをもとに,肝線維化と関連のあるパラメーターを探索する.よって、生検にて組織学的に肝線維化が評価されたウイルス性慢性肝炎・肝硬変を有する臨床患者に対してCT撮像を行い,症例の蓄積,解析を進めた.予定症例数としては慢性肝炎(組織学的な線維化スコアF0-3),肝硬変(F4)患者それぞれ30名(計60名)を目標とするが、現在30例程度の実施数である。当初の計画と異なり症例集積が思わしくない場合には,ボランティア撮像の追加や,同様のDECTを有する大学関連病院を含めて症例の呼びかけを行い予定症例のCT撮影を遂行する.施設倫理委員会の承認申請手続きに時間がかかっていたが、やっと承認された。症例集積に時間がかかっている。H31年度:引き続き症例集積を行い、その後、至適カットオフ値算出による肝線維化診断の妥当性の検証を行う。CT撮影を行ったウイルス性慢性肝炎・肝硬変を有する臨床患者から得られたデータの解析を行う.ヨード密度画像の計測値より至適パラメーターが得られた場合はそのパラメーターと,および上記,ヨード停滞率(residual ratio)を組織学的な肝線維化スコアと比較し,各スコアを有意に分別できる至適カットオフ値をROC解析にて算出し感度・特異度を評価することで肝線維化の診断方法としての妥当性を検証する.また,組織検体から得られた他のスコア(脂肪化,炎症細胞浸潤,風船様変性)とヨード密度を用いたパラメーター値との関連を多変量解析(重回帰分析)にて評価を行う.当初の計画と異なり,停滞率を含むヨード密度を用いたパラメーター値が肝線維化の評価に寄与しなかった時に備え,ウイルス性慢性肝炎・肝硬変における組織学的肝線維化スコアを評価可能な下記の検査方法との比較検討も同時に行う.1含有ヨード濃度7種(0,100,500,1000,2000,3000,5000μg/cm3)に調整した実験用ファントムの設定ヨード濃度とDECT装置を用いたヨード密度の実測値とは良好な正の相関が得られた(r2=0.986、p<0.0001)2低濃度ヨード濃度領域(<500μg/cm3)でもDECT装置を用いたヨード密度の実測値とは良好な正の相関が得られた(r2=0.954、p<0.0001)DECT装置を用いたヨード密度の測定値から実際のヨード濃度の計算が可能であった。ボランティア実験、臨床例の検討のため施設倫理委員会の承認申請中である。施設倫理委員会の承認申請手続きに時間がかかっている。H30年度ヨード密度値の定量測定と最適なパラメーターの確立,特にヨード停滞率(residual ratio)の妥当性の検討(1)ヒトによるヨード密度値の定量測定と最適なパラメーターの確立:正常肝を有するボランティア患者10名および,生検にて組織学的に肝線維化が評価されたウイルス性慢性肝炎・肝硬変を有する臨床患者に対して,DECTによる造影ダイナミックCT撮像を行いデータ収集する.予定症例数としては慢性肝炎(組織学的な線維化スコアF0-3),肝硬変(F4)患者それぞれ30名(計60名)を目標とする.CT撮像は通常の臨床で行われる撮像方法に従い,各相でのヨード密度画像を作成し,ヨード密度をROIにて測定する.

そのデータをもとに,肝線維化と関連のあるパラメーターを探索する.H31年度:引き続き症例集積を行い、その後、至適カットオフ値算出による肝線維化診断の妥当性の検証を行う。CT撮影を行ったウイルス性慢性肝炎・肝硬変を有する臨床患者から得られたデータの解析を行う.ヨード密度画像の計測値より至適パラメーターが得られた場合はそのパラメーターと,および上記,ヨード停滞率(residual ratio)を組織学的な肝線維化スコアと比較し,各スコアを有意に分別できる至適カットオフ値をROC解析にて算出し感度・特異度を評価することで肝線維化の診断方法としての妥当性を検証する.また,組織検体から得られた他のスコア(脂肪化,炎症細胞浸潤,風船様変性)とヨード密度を用いたパラメーター値との関連を多変量解析(重回帰分析)にて評価を行う.当初の計画と異なり,停滞率を含むヨード密度を用いたパラメーター値が肝線維化の評価に寄与しなかった時に備え,ウイルス性慢性肝炎・肝硬変における組織学的肝線維化スコアを評価可能な下記の検査方法との比較検討も同時に行う.3超音波硬度画像:Fibroscan,SWE,RTEいずれも当施設に有し測定可能次年度の研究計画のため以下の設備備品費と:本研究で使用するヨード密度画像などは、本病院の設置機器であるGE社製ワークステーションで作成可能である.一度のCT検査で1000枚以上の画像が発生するため,得られた画像を解析するには膨大なデータ量を解析可能な高い画像処理能力を有する64ビット対応のCPUが搭載されたワークステーションが必要となる.その他,引き続き多量の検査画像データ保存のためのハードディスクが必要である.また、取得した画像の保管,データ入力,解析に必要な研究助手を特定期間雇用するため(非常勤),一定の謝金が必要となる.次年度の研究計画のため以下の設備備品費と:本研究で使用するヨード密度画像などは、本病院の設置機器であるGE社製ワークステーションで作成可能である.一度のCT検査で1000枚以上の画像が発生するため,得られた画像を解析するには膨大なデータ量を解析可能な高い画像処理能力を有する64ビット対応のCPUが搭載されたワークステーションが必要となる.その他,引き続き多量の検査画像データ保存のためのハードディスクが必要である.また、取得した画像の保管,データ入力,解析に必要な研究助手を特定期間雇用するため(非常勤),一定の謝金が必要となる.
呼吸に関する生理的指標を手がかりとした吃音児診断法の開発

〔はじめに〕われわれは、吃音症状と呼吸パタ-ンとの関係を研究する事に、特に小児吃音の診断、重症度判定、及び治療効果の判定に役立つ測定パラメ-タの同定および検査方法の確立をテ-マとした研究を行っているが、今年度は成人吃音者が発語中に示す特有の呼吸パタ-ンを成人非吃音者の発語時の呼吸パタ-ンと比較してみた。〔対象〕成人吃音者(2名)および成人非吃音者(2名)を対象とし、発語時のパラメ-タを測定した。測定には、初年度に開発した呼吸測定用特殊装置に改良を加え、使用した。〔方法〕呼吸測定用特殊装置を用いた。被験者にインダクタンス式呼吸プレチスモグラフ(RIP)を胸郭(RC)及び腹部(ABD)に装着した。マスク状の呼吸カプラ-を通じて炭酸ガスモニタ-及びニュ-モタコメ-タを接続した。被験者は、日本文化科学社刊「ことばのテスト絵本」からとった単語(33語)を見ながら音読した。連続波形を音声とともにポリグラフに記録した。呼吸波形から呼吸開始、発語開始、発語終了、呼気終末の4つのレベルを読みとった。〔結果と考察〕(1)吃音者、非吃音者を問わず総呼吸容量レベルは呼気開始、発語開始、発語終了・呼気終末いずれのレベルも同一被験者内では変化方向がほぼ平行した。(2)総呼吸容量レベルの変化方向は、非吃音者では不変ないし減少を示したのに対し、吃音者では、増加を示した。(3)総呼吸容量レベルの変化方向を決定したのは多くの場合、胸郭であったが、横隔膜の関与の大きい者が非吃音者1名に見られた。(4)吃音者では炭素ガスに対する呼吸応答が低下している可能性がある。(5)非吃音者、吃音者を問わずテスト中の炭酸ガスに上昇の見られた者において、それに見合った換気量の増加は認められなかった。
日本人に広く分布する疾患遺伝子の頻度測定と他人種における広がりに関する研究

本年度はAPRT^*J遺伝子の保因者を遺伝子診断する方法の開発、一般的なAPRT欠損症のヘテロ接合体を診断する方法の開発を行ない成功した。さらに、APRT^*J対立遺伝子近傍のRFLP(restriction fragment lenght Polymorphi)のデ-タを数多く集めAPRT^*J突然変異の塩基置換とRFLPとの連鎖不平衡の解析により、APRT^*Jのすべての遺伝子が共通祖先遺伝子に由来するとした時の年齢を計算した。まず、PCR法を用いてヒトAPRT遺伝子の一部(exon3.4.5を含む)を増幅し、合成oligonucleotideとのhybridizationによりAPRT^*Jの突然変異があるか否かを確実に診断する方法を開発した。これは、血液一滴からできるので、今後応用範囲が広いと推定される。さらに我々は正常人に見られる体細胞突然変異を利用してAPRT欠損症のヘテロ接合体を診断する極めて巧妙な方法を開発した。即ち、APRT欠損症のヘテロ接合体の体内では体細胞突然変異によってホモ接合体となった細胞が末梢血T細胞集団中に1.3×10^<-4>もの高い頻度で証明される。正常人には1がO^<-9>レベルでしかこのような細胞はなく、ヘテロ接合体と明らかに区別される。この方法は前述の遺伝子診断法よりもはるかに煩雑であるが、APRT^*Jの保因者だけではなく、すべてのAPRT欠損遺伝子の保因者を診断できるという特長を有する。色々の証拠よりAPRT^*J遺伝子が共通祖先遺伝子に由来することはほぼ確実なので、その仮定の下に近傍のRFLP部位との連鎖不平衡の解析により、APRT^*J遺伝子の成立は約13万年前と推定された。これは驚くべき古さであるが、その仮説を実証することは可能である。近傍のアジア人種と日本人祖先の分離した時期はまだ確実ではないが、今後の遺伝子解析により、より確実なデ-タが得られるようになるであろう。そのような集団に、APRT^*Jあるか否かを検索することができる。我々の今回開発した方法は、一滴の血液サンプル可能であり、そのような研究は実際的である。今年度、以下の研究の進歩があった。まず我々は総計42家系のAPRT欠損症を正しく診断した。今まで、世界で報告されているAPRT欠損症の家系が50数家系であるから、我々は圧倒的多数の家系を診断していると言える。この42家系のAPRT欠損症について(1)酵素活性(2)T細胞のアデニン類似体に対する抵抗性(3)前に発表した方法によるヘテロ接合体の診断(4)BrCN切断による136Met→Thrのアミノ酸置換の証明(5)サザンブロット法によるゲノムDNAの分析(6)PCR法によるsingle mismatchの検出、などの方法で遺伝子型及び変異対立遺伝子を検索した。DNA結石症、腎症を来たした個体は、すべてAPRT遺伝子座についてホモ接合体であった。すべての家系の約80%は対立遺伝子に少なくとも一つのAPRT^*J(日本人に広く分布しPRPPに対して親和性の低下した変異酵素をコードしている。136番目のコドンがATGからACGになる変異によって説明できることが示されている。)を含み、残りはすべて完全欠損をコードする対立遺伝子(APRT^*QO)であった。検索したすべての対立遺伝子54個のうち、わずかに1つがサザンブロットで異常を示した。APRT^*J/APRT^*J由来のcell lineからのAPRT蛋白はすべて136のMetを消失し、アミノ酸のレベルでは同一の変異であることがわかった。APRT遺伝子のイントロン2内にAPRT^*Jの変異部位より約1.1Kb上流にTaqIにより区別されるRFLPがあるが、遺伝子の5 ́側に、APRT^*Jの突然変異部位より約3.8Kb上流にもSphIにより検出されるRFLP部位が存在する。正常人では、ほとんどの対立遺伝子が4種のハプロタイプにほぼ均等に分布した。しかし、APRT^*Jの対立遺伝子はその中の2種のハプロタイプに分布した。TaqI siteについてはすべて同じ、SphI siteについては16%が異なっていた。これはAPRT^*Jが単一祖先遺伝子に由来し、しかも突然変異部位とSphI siteの間で交叉が起きたことを示している。

正常人には1がO^<-9>レベルでしかこのような細胞はなく、ヘテロ接合体と明らかに区別される。この方法は前述の遺伝子診断法よりもはるかに煩雑であるが、APRT^*Jの保因者だけではなく、すべてのAPRT欠損遺伝子の保因者を診断できるという特長を有する。色々の証拠よりAPRT^*J遺伝子が共通祖先遺伝子に由来することはほぼ確実なので、その仮定の下に近傍のRFLP部位との連鎖不平衡の解析により、APRT^*J遺伝子の成立は約13万年前と推定された。これは驚くべき古さであるが、その仮説を実証することは可能である。近傍のアジア人種と日本人祖先の分離した時期はまだ確実ではないが、今後の遺伝子解析により、より確実なデ-タが得られるようになるであろう。そのような集団に、APRT^*Jあるか否かを検索することができる。我々の今回開発した方法は、一滴の血液サンプル可能であり、そのような研究は実際的である。
弦理論コンパクト化の量子重力

弦理論に関して、最近大きな進展が見られたものに2次元重力の理論がある。2次元重力は時空の次元が1より小さい非現実的なモデルであるが、重力の量子効果の非摂動的取り扱いに成功した点で重要な意義をもっいる。江口は梁(KEK)と協力して、N=2の超共形代数のモデルをねじった(量子数をよみかえた)モデルが位相的場の理論となる事を示した。こうして得られる位相的場の理論モデルは2次元重力の理論に現れる物質場を記述することが示され、2次元重力理論の背景にあるN=2超対称性が認識されるようになった。江口は又、細野・梁と共にセンタ-が零の一般コセット模型を調べこうした位相的場の理論の背後には常に超対称性が存在する事を示した。加藤は、最近江口と梁により提案された「ねじれたN=2超共形代数」と位相的場の理論との関係を用いて、位相的場の理論のフュ-ジョン則を調べている。共形場理論においてはフュ-ジョン則はモジュラ-変換と密接な関係をもち、位相的な場の理論においては交点数という明確な幾何学的意味を持っている。これを超共形場理論という代数的枠組みの中で記述することは非常に重要であり現在研究を進めている。猪木は日笠と協力して、SU(2)×U(1)対称性の自発的破れの機構を探るためW中間子の散乱振巾をヒッグス粒子のdominanceと破れたカイラル対称性の要請に基ずいて決定した。北沢は高温超伝導の理論、特にanyon模型と時間反転不変性の検証について研究を行った。
転動体の接触剛性を考慮した工作機械送り駆動機構の高度動解析システムの開発

平成30年度は,本研究の最終目標である転がり案内された送り駆動系の動特性を高精度予測するために,転動体と転送面との接触剛性・減衰モデルを組み込んだ有限要素解析モデルを構築し,それを用いた動解析手法を実現する.そのために,前年度に構築した転動体接触モデルを有限要素解析に適用しやすい複素ばねと非線形線形ばねで近似表現することを検討した.その結果,摩擦に起因する剛性・減衰と転動体と転送面との弾性接触部の剛性・減衰を考慮した解析が可能となった.また,実用上は転動体と転送面との間に潤滑剤を塗布する場合が多く,それが接触剛性や減衰に影響を及ぼすと考えられる.そこで,潤滑剤の動粘度や硬度などの特性が接触剛性・減衰に及ぼす影響を検討し,それを有限要素モデルに組み込むことを試みた.潤滑剤による摩擦特性変化を微小変位領域でも摩擦-変位曲線の立ち上がり形状の差異としてとらえ,それを一つのパラメータで近似することで複素ばねモデルに組み込んだ.最終的に,潤滑剤の影響を考慮した摩擦特性のモデル化及び,摩擦が動特性に及ぼす影響を考慮した動解析に関しては,実験結果と定性的な傾向が一致するところまでは確認できた.しかし,実際には潤滑剤の特性の時間依存性やばらつきに起因すると考えられる誤差が大きく,定量的に予測には至っていないのが現状である.潤滑剤による摩擦特性のばらつきを実験的により詳細に検討し,解析モデルを改良することが重要な課題であると考えている.これについては,平成31年度(令和元年)により詳細に検討することとした.おおむね順調に進んでいたが,潤滑グリースを塗布した状態での摩擦特性や減衰比の評価実験や関連する数値計算において,実験のばらつきや再現性が問題となることがしばしばあった.この要因を明らかにし,精度の高い減衰評価を行うためには,追加実験が必要と考えている.平成30年度に行った潤滑グリースを塗布した状態での摩擦特性や減衰比の評価実験や関連する数値計算において,実験のばらつきや再現性が問題となることがしばしばあった.これは,グリースが有するチキソトロピー性や成分・特性のばらつきに起因すると考えられる.精緻かつ普遍的な研究成果を公表するためには,再現性を評価する追実験が必要と考えている.平成31年度(令和元年度)は,この追実験を行った後,成果を論文公表することを考えている.本研究課題は,平成31年度で終了するが,その後は今回得られた知見を基盤として,下記のような研究へ発展させるとともに,産業基盤の発展に資する学術的な成果を継続的に示していく.(1)今回得られた送り駆動系の非線形摩擦及び動特性の解析方法を応用して,ボールねじや軸受の転動体接触部における摩擦・振動挙動を解析するための基盤構築を目指す.これにより,種々の機械機能要素部品の動特性や接触部特性を考慮した汎用的な機械システムの動解析システムの構築に応用する.(2)摺動面に設けた微細凹凸(テクスチャ)が,機械要素および送り駆動系の摩擦特性,潤滑油流れ,摩擦挙動に及ぼす影響を明らかにするとともに,それらに及ぼす動的負荷変動の影響を検討する.最終的に,摩擦特性や動特性を考慮した大規模摺動面用のテクスチャ設計手法の基盤を確立したい.従来技術では,転がり案内の転動体接触部における剛性・減衰パラメータを理論的に決定できないため,有限要素シミュレーションを用いて送り駆動系の周波数応答を高精度に予測することが困難であった.そこで,本研究では,転がり案内の転動体接触部近傍でのダイナミクスを実験的に解明し,その知見を基にした転動体接触部の有限要素モデルを構築し,転がり案内が組み込まれた工作機械送り駆動系の周波数応答を高精度に予測可能な技術を開発する.本年度は,転動体荷重や接触部近傍における剛性・減衰特性を直接測定するために不可欠な,実験装置及び測定システムの確立を年次目標として研究を推進した.具体的には,予圧荷重や接触角などの転がり案内において重要な設計パラメータを独立に変えることが可能な,転がり案内を模した接触部特性評価装置を試作した.また,転がり案内の剛性・減衰や寿命計算に不可欠な転動体荷重を測定・評価するために,転動体内部に光ファイバ式ひずみセンサを組み込んだ「転動体センサ」を試作し,静的な荷重試験によってその感度校正を行った.校正済みの転動体センサを試作した評価装置に組み込み,静的な転動体荷重を測定したところ,理論的に導出した転動体荷重とよく一致する結果が得られた.さらに,複数個の転動体センサを試作し,同時に多点での転動体荷重測定を可能にしたことで,これまでは困難であった転がり案内の転動体荷重分布を直接計測できるシステムを構築できた.次年度以降は,今年度構築した装置・計測システムを用いて転動体接触部のダイナミクスを実験的・理論的に解明していく.本年度の研究成果は,学会の学術講演会で発表した他,学術論文として公表する準備をしているところである.当初通りの計画に沿って研究を遂行しており,兼ね計画通りに成果を上げている.また,関連する研究成果を定期的に学会で発表しており,成果を広く世の中へ公開することもできている.昨年度から実施している転がり案内キャリッジ内部に組み込まれている転動体の動ひずみ測定により,各転動体の負荷分布と接触剛性,接触減衰を推定することが可能となった.本研究の最終目標である転がり案内された送り駆動系の動特性を高精度予測を実現するためには,転動体とレールとの間で生じる接触剛性・減衰をモデル化し,転がり案内単体及び送り駆動ステージの動解析モデルに組み込む必要がある.

そこで,本年度は,実験的に得られた転動体接触部のミクロな剛性・減衰特性を活用することで,転がり案内単体の動解析モデルの構築を行った.具体的には,下記の事項について検討を行っている.1.転がり案内の転動体接触部における接触減衰のモデル化動ひずみのインパルス応答から同定した接触剛性,接触減衰は,転動体荷重に対して非線形な挙動を示す.そこで,それを対数関数で近似モデル化し,それを組み込んだ2自由度振動系による動解析を実施した.その結果,転動体荷重の大きさによって振動応答が変化することが明らかとなった.2.転動体負荷分布理論への慣性項と減衰項の導入従来から転がり案内内部に組み込まれている転動体の負荷分布を算出可能な転動体負荷分布理論と呼ばれるものが存在する.しかし,慣性項及び減衰項は考慮されておらず,静的な状態での負荷状況しか予測できなかった.そこで,従来の負荷分布理論に上記1で使用した剛性,減衰モデルを組み込むことで,転がり案内単体の動的状態における負荷分布の変動を解析可能とした.当初予定していた通り,転動体の接触剛性,接触減衰の非線形性を考慮したモデル化及びそれを組み込んだ振動解析手法の構築できた.さらに,従来の転動体負荷分布理論に慣性項,減衰項を組み込むことで,動的状態における転がり案内の転動体負荷分布を計算する方法を構築している.このため,次年度も予定通り研究を進展することで,将来の発展が期待できる.平成30年度は,本研究の最終目標である転がり案内された送り駆動系の動特性を高精度予測するために,転動体と転送面との接触剛性・減衰モデルを組み込んだ有限要素解析モデルを構築し,それを用いた動解析手法を実現する.そのために,前年度に構築した転動体接触モデルを有限要素解析に適用しやすい複素ばねと非線形線形ばねで近似表現することを検討した.その結果,摩擦に起因する剛性・減衰と転動体と転送面との弾性接触部の剛性・減衰を考慮した解析が可能となった.また,実用上は転動体と転送面との間に潤滑剤を塗布する場合が多く,それが接触剛性や減衰に影響を及ぼすと考えられる.そこで,潤滑剤の動粘度や硬度などの特性が接触剛性・減衰に及ぼす影響を検討し,それを有限要素モデルに組み込むことを試みた.潤滑剤による摩擦特性変化を微小変位領域でも摩擦-変位曲線の立ち上がり形状の差異としてとらえ,それを一つのパラメータで近似することで複素ばねモデルに組み込んだ.最終的に,潤滑剤の影響を考慮した摩擦特性のモデル化及び,摩擦が動特性に及ぼす影響を考慮した動解析に関しては,実験結果と定性的な傾向が一致するところまでは確認できた.しかし,実際には潤滑剤の特性の時間依存性やばらつきに起因すると考えられる誤差が大きく,定量的に予測には至っていないのが現状である.潤滑剤による摩擦特性のばらつきを実験的により詳細に検討し,解析モデルを改良することが重要な課題であると考えている.これについては,平成31年度(令和元年)により詳細に検討することとした.おおむね順調に進んでいたが,潤滑グリースを塗布した状態での摩擦特性や減衰比の評価実験や関連する数値計算において,実験のばらつきや再現性が問題となることがしばしばあった.この要因を明らかにし,精度の高い減衰評価を行うためには,追加実験が必要と考えている.
自然免疫系と獲得免疫系の連携における細胞特異的IFN遺伝子発現ネットワークの解析

樹状細胞やマクロファージ等の免疫誘導に必須である細胞の活性化機構におけるインターフェロンーインターフェロン制御因子(IFN-IRF)系の関与について、その詳細を検討した。中でも、免疫系賦活において最も強力と考えられるtoll様受容体(TLR)からのシグナルにおいて中心的伝達経路であるMyD88依存性経路におけるIRFファミリー分子の役割について検討した。まず9つあるIRFファミリー分子とMyD88との相互作用を、網羅的に検討するため、それぞれの分子について、蛍光タグとの融合蛋白質を発現するコンストラクトを作製し、蛍光エネルギー移動(FRET)を計測することにより検討した。まず、IRF-5とIRF-7がMyD88に直接結合し、炎症性サイトカイン及びIFN誘導にそれぞれ必須の役割を果たしていることが見出された。さらにIRF-5,IRF-7に加え、IRF-4もMyD88と直接相互作用することが見出された。更にin vitroでの機能解析を行い、IRF-4はIRF-5と競合的にMyD88と結合することで、IRF-5によるTNF-α,IL-12,IL-6などの炎症性サイトカインの誘導を阻害するということが見出された。実際IRF-4遺伝子欠損マウスの解析においても、IRF-4欠損マウスでは炎症性サイトカインの異常産生が見られ、TLR刺激によるseptic shockに対する感受性が極めて亢進していることが見出された。IRF-4はTLR刺激によって転写レベルで誘導されてくることから、TLRシグナルにおけるネガティブ制御因子であると考えられた。これらの知見は、IRF-4が免疫増強における新たな標的となりうると言う、重要な情報を提供することができたと考えている。自然免疫系と獲得免疫系連携に中心的役割を担っている樹状細胞(DC)に注目し、その分化におけるInterferon(IFN)-α/βとIFN regulatory factor(IRF)の役割を、遺伝子欠損マウスを用いて解析した。IFN-α/βシグナルに対し抑制的に作用するIRF-2遺伝子欠損マウスにおいて、ミエロイド系DCと呼ばれるDCの亜集団の分化が抑制されており、マクロファージ系細胞集団の割合が異常増加している事実を見出した。こうした分化異常はIFN受容体欠損マウスとの二重欠損マウスにおいては見られなくなることから、IFN-α/βは骨髄内でのDC分化に「負」に制御する役割があると考えられた(PNAS vol.101,pp2416,2004)。次に,生体内で最も強力にIFN-α/βを産生する細胞として知られる形質細胞様樹状細胞(pDC)における大量のIFN産生メカニズムについて検討を進めた。PDCもDCの亜集団であるが、病原体由来の非メチル化DNAや一本鎖RNAなどをToll様受容体TLR9やTLR7を介して認識し、そのアダプター分子であるMyD88依存性にIFN-α/βを大量産生する事が報告されている。今回、IRF-3およびIRF-7転写因子とMyD88との関係につき検討を行った。まず、fluorescence resonance energy transfer解析や免疫沈降実験により、細胞質においてIRF-7がMyD88と会合することを見出した。一方IRF-3はMyD88と会合しないことが示された。また、レポータアッセイや共焦点顕微鏡での観察により、IRF-7がMyD88依存性に活性化され、核移行することも観察された。さらにIRF-7はMyD88依存性シグナル伝達経路において働くもう一つのアダプター分子であるTRAF6とも会合し、活性化されることも見出した(PNAS vol.101,pp15416,2004)。IRF-7遺伝子欠損マウスを作成して解析を進めたところ、やはりIRF-7遺伝子欠損マウス由来pDCにおいては非メチル化DNAや一本鎖RNA刺激によるIFN産生が全く認められなかった(Nature in press)。これらの結果、おそらくTLR7/9直下において刺激依存性にMyD88をはじめ、IRF-7、TRAF6を含む複合体が形成され、効率よくIRF-7を活性化しIFN産生誘導しているものと考えられた。実際IRF-

4遺伝子欠損マウスの解析においても、IRF-4欠損マウスでは炎症性サイトカインの異常産生が見られ、TLR刺激によるseptic shockに対する感受性が極めて亢進していることが見出された。IRF-4はTLR刺激によって転写レベルで誘導されてくることから、TLRシグナルにおけるネガティブ制御因子であると考えられた。これらの知見は、IRF-4が免疫増強における新たな標的となりうると言う、重要な情報を提供することができたと考えている。