hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
統合失調症における過大侵襲時の生体反応と重度外傷患者治療への応用の可能性について

重度外傷患者では過剰な生体反応に伴う臓器障害、縫合不全、創感染などの合併症を来し、治療に難渋する。一方、統合失調症患者は、骨折や自傷による腹部刺創などの重度外傷を受傷しても苦痛を訴えることが少なく、経過が順調で上記のごとき合併症も少ない。私共は統合失調症患者では侵襲に対する過剰な生体反応が起きないのではないかと考え、重度外傷における統合失調症患者と、そうでない患者のストレスホルモン、サイトカイン変動の差異などを明らかにしたいと考えてきた。患者の初療室への搬入時に採血を行い、同意を得た採血検体を用いエピネフリン、ノルエピネフリンを液体クロマトグラフィーにて測定を行ってきた。サイトカインとしてはTNFα、IL-6をELISA法にて測定した。血中エピネフリン濃度は、覚醒下における侵襲に対する生体反応の大きさを示す適切な指標であると考えることが出来る。精神科疾患を有しない患者が、外傷などの大きな侵襲を受けた場合には、血中エピネフリンを初めとして、ノルエピネフリン濃度も大きく上昇する。これに対して、統合失調症患者ではエピネフリン血中濃度や、ノルエピネフリン濃度の上昇は、精神科疾患を有しない患者に比べて有意に低く、侵襲を侵襲と認識することが少なく、その結果、過剰な生体反応が少ない為に合併症が少ないものと考えられた。ただ、今回の研究では、TNFαにおいて、統合失調症患者と、そうでないものとの問に有意差を見出すことは出来なかったし、また、インターロイキン6でも、データの範囲が非常に広く、データを生かすことは出来なかった。今後、生体に関わる侵襲を侵襲と捉えることが少なく、過剰な生体反応が惹起されるのを抑止出来る治療方法が確立されれば、入院後の経過中の合併症発生を低減させることに繋がる可能性があるものと推測された。研究の第一段階は、対象となる統合失調症重症外傷患者の症例の集積である。患者の初療室への搬入時に採血を行い同意を得た採血検体を用いエピネフリン、ノルエピネフリンを液体クロマトグラフィーにて測定した。受傷以前から、もしくは受傷後の精神科医の診断にて統合失調症、あるいは境界型人格障害と診断された症例のうち、搬入時点において採血がなされていた検体が検査対象となるが未だ症例数は少なく、7例である。これらの受傷機転は墜落外傷、自傷症例が中心である。胸部、骨盤、四肢の骨折を伴う損傷、あるいは自傷による胸部、頸部刺傷症例が主たる損傷形態であった。搬入時のエピネフリンは0.34+/-0.16(SD+/-SE)(ng/mL)であったが、これは別に報告した自験例での統合失調症患者の外傷受傷直後搬入時の平均値の約1.1ng/mLより低い値となっていた。なお、標準値は0.12ng/mL以下とされている。また、ノルエピネフリンは0.73+/-0.13ng/mLであり、同じく自験例での受傷直後の平均値0.9ng/mLに比較して若干低いものの有意な差はみられていない。ノルエピネフリンの標準値は0.46ng/mL以下とされている。統合失調症患者は自損に伴う外傷のほかに、急性中毒にて搬入されることも多く、搬入時の統合失調症の中毒患者のエピネフリンは0.057+/-0.021ng/mL、ノルエピネフリンは0.761+/-0.216ng/mLであった。これらは別に報告した自験例の非統合失調症薬物中毒患者の搬入時の値と比較して差を認めていない。まだ症例も少なくサイトカインに関しては統計処理を行う症例数に至っていない。

今後は症例を重ねて、エピネフリン、ノルエピネラリンに関しても統計処理を行う上で、損傷の重傷度に差が無くてカテコラミンに差があるのか否かを検討してゆく必要がある。現在、対象となる統合失調症重症外傷患者が入院された場合に患者さん、もしくは代諾者に説明し採血をおこない症例を集積しつつある。また、対照群としては基礎に精神疾患のない重症外傷患者の初療室への搬入時に採血を行い、同意を得た採血検体を用いてエピネフリン、ノルエピネフリンを液体クロマトグラフィーにて測定している。受傷以前から、もしくは受傷後の精神科医の診断にて統合失調症、あるいは境界型人格障害と診断された症例のうち、搬入時点において採血がなされていた検体が検査対象となるが未だ症例数は少なく、9例である。これらの受傷機転は墜落外傷、自傷症例が中心である。胸部、骨盤、四肢の骨折を伴う損傷、あるいは自傷による胸部、頸部刺傷症例が主たる損傷形態であった。搬入時のエピネフリンは0.32+/-0.12(Avg+/-SE)(ng/mL)であったが、これは別に報告した自験例での統合失調症患者の外傷受傷直後搬入時の平均値の約1.1ng/mLより低い値となっていた。なお、標準値(外傷のない患者)は0.12ng/mL以下とされている。また、ノルエピネフリンは0.69+/-0.10ng/mLであり、同じく自験例での受傷直後の平均値0.9ng/mLに比較して若干低いものの有意な差はみられていない。ノルエピネフリンの標準値は0.46ng/mL以下とされている。統合失調症患者は自損に伴う外傷のほかに、急性中毒にて搬入されることも多く、搬入時の統合失調症の中毒患者のエピネフリンは0.057+/-0.021ng/mL、ノルエピネフリンは0.761+/-0.216ng/mLであった。これらは別に報告した自験例の非統合失調症薬物中毒患者の搬入時の値と比較して差を認めていない。まだ症例も少なくサイトカインに関しては統計処理を行う症例数に至っていない。当面の課題は症例数を確保できるか否かであり、今後も対象となる症例の検体確保に努め、エピネフリン、ノルエピネフリンに関しても統計処理を行う上で、損傷の重傷度に差が無くてもカテコラミンに差があるのか否かを検討してゆきたい。重度外傷患者では過剰な生体反応に伴う臓器障害、縫合不全、創感染などの合併症を来し、治療に難渋する。一方、統合失調症患者は、骨折や自傷による腹部刺創などの重度外傷を受傷しても苦痛を訴えることが少なく、経過が順調で上記のごとき合併症も少ない。私共は統合失調症患者では侵襲に対する過剰な生体反応が起きないのではないかと考え、予備研究にてエピネフリン、ノルエピネフリンの分泌量が少ない事実をつかんできた。そこで、a)重度外傷における統合失調症患者と、そうでない患者のストレスホルモン、炎症性、抗炎症性サイトカイン変動の差異。b)向精神薬とストレス反応の関係。c)統合失調症でない重度外傷患者の予後の改善を計るにはいかなる対応をすればいいか、などを明らかにしたいと考えてきた。患者の初療室への搬入時に採血を行い、同意を得た採血検体を用いエピネフリン、ノルエピネフリンを液体クロマトグラフィーにて測定を行ってきた。カテコラミンに加えて、サイトカインとしてはTNFα、IL-6をELISA法にて測定した。重症の外傷患者では搬入時の血漿エピネフリンが1.7ng(基準値<0.2ng/ml)、ノルエピネフリン1.2ng/
学習者の目的に応じた多視点映像教材の開発研究

学習教材を多方向から同時に撮影し、学習者の目的に応じた多視点映像として教材化すると共に、その多視点映像教材の教育利用について研究した.学習教材を多方向から同時に撮影し、学習者の目的に応じた多視点映像として教材化すると共に、その多視点映像教材の教育利用について研究した.多様な環境の中で,実験観察の様子を確実に,事実に基づいて記録し,教材化することと,更にそれらの多視点映像教材を用いた授業や自己学習教材としての利用方法等の総合的な教材化の開発を目的とし,その基礎研究として以下のように多視点映像教材の撮影,管理,提示の方法について次のような計画で研究した。1.多視点映像学習教材(デジタルコンテンツ)の調査研究多様な環境の中で,実験観察の状況を確実に,事実に基づいて記録し,教材化することと,更にそれらの多視点映像教材を用いた授業や自己学習教材としての利用方法等の総合的な教材化の調査研究をした。(1)動画映像・静止画映像におけるデジタルコンテンツ教材の動向(2)多視点同時撮影技術の基礎調査多視点教材について、インターネットなどで調査し、遠隔教育における表示映像の違いが理解度に与える影響に関する調査を実施した。2.多視点映像学習教材の作成小学校のいくつかの学習教材を中心に多視点動画で撮影し,学校教育における教材として利用することを目的として、下記のようなスケジュールでいくつかの教材を撮影し、一部は教材化し、評価委員会にて評価改善し、教材としての完成度を高めた。(1)跳び箱運動教材の多視点教材化【運動教材】・1月19日:岐阜女子大学体育館で跳び箱教材の撮影・2月9日:高山市教育委員会にて教材評価委員会開催・3月1日:岐阜県スポーツ科学トレーニングセンターにて、跳び箱教材の撮影・3月10日:山県市高富小学校にて、跳び箱教材の撮影(2)小学校理科実験教材の多視点教材化【実験教材】・2月17日-18日:岐阜県先端科学技術体験センターにて、理科教材の撮影(3)授業教材の多視点教材【授業研究】・3月10日:山県市高富小学校にて道徳の授業の撮影とインタビューの撮影(4)伝統文化教材の多視点撮影【伝統文化】・11月22日-24日:沖縄教育カレッジにて、沖縄の獅子舞とエイサーの撮影多様な環境の中で,実験観察の様子を確実に,事実に基づいて記録し,教材化することと,更にそれらの多視点映像教材を用いた授業や自己学習教材としての利用方法等の総合的な教材化の開発を目的とし,その基礎研究として以下のように多視点映像教材の撮影,管理,提示の方法について次のような計画で研究した。1.画面、各種の比較検討するための提示方法についての研究多視点の画像一覧をもとに,多視点の対面している画面,連続画面,各画面による変化を見るための画面,各種の比較検討をするための提示方法について研究を行った。(1)紙おもちゃ教材作成における親子のコミュニケーション教材の可能性について調査(10月11日)2.多視点映像学習教材の評価について研究(1)体育多視点教材(跳び箱)評価委員会の開催(11月6日)(2)小学校理科実験多視点教材評価委員会の開催(11月13日・12月2日)3.多視点映像学習教材の作成多視点教材について、評価委員会を開催し、授業などでの活用方法について評価した。小学校のいくつかの学習教材を中心に多視点動画で撮影し,学校教育における教材として利用することを目的として、下記のようなスケジュールでいくつかの教材を撮影し、教材化し、評価委員会にて評価改善し、教材としての完成度を高めた。(1)書写教材の多視点教材作成【書写教育教材】(2)授業分析教材の多視点教材作成【授業分析教材】・1月25日:山県市高富小学校にて道徳の授業の撮影とインタビューの撮影(3)伝統文化教材の多視点教材作成【伝統文化教材】・11月19日-24日:那覇市にて、沖縄の空手の撮影多様な環境の中で,実験観察の様子を確実に,事実に基づいて記録し,教材化することと,更にそれらの多視点映像教材を用いた授業や自己学習教材としての利用方法等の総合的な教材化の開発を目的とし,その基礎研究として以下のように多視点映像教材の撮影,管理,提示の方法について次のような計画で研究した.(1)多視点映像教材の作成【3】(1)社会科教材の作成・5月1-2日、9月13-17日、1月26-28日高山市における社会科地域資料の作成【1】(高山市)(2)伝統文化教材の作成・8月2-3日「美濃伝日本刀鍛錬技法」教材作成(関市)・8月7日「一之宮獅子舞」(高山市)・11月19-21日沖縄伝統文化「組踊」撮影(沖縄)(3)造形教材・9月21-24日紙おもちゃ映像教材の作成(北海道)(4)授業アーカイブ・10月6日、12月10日授業のアーカイブ(電子黒板の利用)(関市)・12月10-11日博物館アーカイブ(東京)・2月20日-3月4日授業アーカイブ(フィンランド)(5)書写教材の多視点教材作成【書写教育教材】・10月12日書写教育教材撮影(大学)

(2)教材の管理と流通これらの多視点映像教材の流通方法として次の3つの方法について研究した.(1) DVDによる映像教材の流通(2)Webによる映像教材の流通(3)多機能情報端末による映像教材の流通
味覚ＢＭＩの臨床応用に向けた味覚神経回路の機能的かつ形態学的な解析

近年のBMIの進歩はめざましく、自分の脳で思い描いた通りに自由に動く義手や、聾者の聴覚を回復させる人工内耳の開発も盛んに行われている。しかし、味覚を喪失してしまった人に対する味覚BMIの試みは未だ行われていない。口腔の主な機能は栄養の摂取であるが、人生の最後まで美味しく、かつ、安心安全にものを食すること、口から味を感じながら生活することは、QOLの向上に極めて重要である。そこで、本研究では新たに開発されたJuxtacellular Recording法を用いて、味覚BMIの開発に向けた基礎的データを供給することを目指した。本研究では、味覚ブレイン・マシン-インターフェースの開発に向けた脳内の詳細な味覚地図の作成を目指し、最新の細胞外記録法であるjuxtacellular recording法を用いて、甘味、苦味、酸味、塩味、旨味の5種類の味、それぞれの味刺激を脳に与えながら、標的味覚神経細胞を単一細胞レベルで可視化し、それぞれの味が、どの位置に、どのようなパターンで情報を伝えているのかを、ダイナミックな機能的裏付けを持たせた上での形態学的な解析を進めている。平成24年度は、juxtacellular recording法による齧歯類(ラット)における単一細胞記録を継続的に行い、これを明視野免疫組織化学法で形態学的に解析している。作製された標本は、最新のデジタル標本作製システムTOCOを用いて処理され、フルハイビジョン24インチの大画面大型タブレットモニタでトレースを行い、最新の三次元再構築ソフトAmiraで解析している。同時に、ラットなどの齧歯類はヒトと異なる味覚の経路を持つことも知られていることなどを鑑み、ヒトにより近い霊長類での味覚神経回路網を探索する必要があると考え、霊長類(コモンマーモセット)を用いて同行程の解析ができる環境を整えている。本研究では、味覚ブレイン・マシン-インターフェースの開発に向け、脳内の詳細な味覚地図を作成することを目指し、新たな細胞外記録法として確立しつつあるJuxtacellular Recording法を用いて、甘味、塩味、苦味、酸味、旨味ら5種類の味、それぞれの味刺激をラットの舌に与えながら、脳内の標的味覚神経細胞を単一細胞レベルで可視化し、それぞれの味がどの部位にどのようなパターンで情報を伝えているかを、ダイナミックな生理学的な裏付けを確立した上で形態学的解析を進めた。平成25年度は齧歯類(ラット)での脳内味覚地図を完成させるために、Juxtacellular Recording法とTSA増感法を組み合わせて可視化した。それらをデジタルスライドスキャナTOCOで高解像度の画像を取得した後、ハイビジョン液晶タブレットと三次元再構築ソフトAmiraで三次元的に解析を進めたが、一部軸索終末まで可視化されていない部位も見られるため、さらに高感度で可視化可能なplasmid注入法を検討し、より精密な解析を試行し、データの蓄積を行っているところある。また齧歯類と霊長類の脳内味覚回路はかなり異なることから、味覚BMIの将来的な臨床応用を念頭にいれ、我が国で実験動物化が進んでいる小型霊長類のコモンマーモセットを導入し、ラットと同実験を行える環境を構築中している。本研究では、味覚ブレイン・マシン-インターフェースの開発に向けた脳内の詳細な味覚地図の作成を目指し、最新の細胞外記録法であるjuxtacellular recording法を用いて、甘味、苦味、酸味、塩味、旨味の5種類の味、それぞれの味刺激を脳に与えながら、標的味覚神経細胞を単一細胞レベルで可視化し、それぞれの味が、どの位置に、どのようなパターンで情報を伝えているのか電気生理学的、すなわち機能的な裏付けのもとで、形態学的な解析を進めている。初年度である平成23年度は、juxtacellular recording法の新規機器である、細胞外記録装置などの海外製品の入手などに日時を要したため、現在はデータを取得している段階である。現時点では、ラットにおける予備実験で1例の単一細胞記録に成功し、これを明視野免疫組織化学法で形態学的に解析している。作製された標本は、最新のデジタル標本作製システムTOCOを用いて処理され、またこれらをフルハイビジョン24インチの大画面上で、画面を直になぞるだけでトレースできる大型タブレットモニタと、これを解析する三次元再構築ソフトウェアを購入したことにより、従来のように顕微鏡を覗きながら手作業でトレースしたり、トレース用紙をセロテープで繋ぎ合わせて、イメージスキャナーで取り込んだりするような煩雑な行程を行う必要がなくなり、短時間でしかも歪みのない精度の高い神経軸索の形態学的トレースを迅速に進められる環境が整備された。本年度までに、ラットを用いた齧歯類のデータが集積しつつあり、これらの成果発表へ向けて詳細な解析を現在進めている。また様々な手続きを要する霊長類のコモンマーモセットを用いた実験系が、当初予想していたよりも早く、しかも、本研究施設内で実用化できる目処が立っており、これに向けて鋭意環境整備を順調に進めている状況である。

これにより、国内で最初にコモンマーモセットによるjuxtacellular recording法が確立する可能性も高いと考えられる。現時点で得られているデータは必ずしも多くはないが、初年としては新規に行う手法の機器の整備に注力するとともに、よりスマートで、労力の節約が期待でき、さらには誤差の少なくなるような情報機器、ソフトウェア等を整備したことで、今後のデータの解析処理時間が大幅に改善されると考えている。3年間の研究期間中の2年目となる平成24年度にこれらの設備で多くのデータを取得できれば、最終年度にはかなりの成果が期待できると考えている。次年度以降も、多くの例数から得られる齧歯類のデータを積み上げ、これらのデータによる三次元的な立体味覚地図の完成に向けて研究を継続する。またこれと同時に、現在環境整備中である霊長類のコモンマーモセットを用いた同実験系の応用を早期に軌道に乗せることを目指している。さらにブレイン・マシン-インターフェースの臨床応用に向けてその専門家である研究協力者と協議する予定である。今年度で概ね必要な設備は整備された。次年度以降は、研究協力者との議論を深めるとともに、例数を積み上げ、得られる膨大なデータをデジタル化し、さらにこれを精密な三次元再構築を行って、立体的な味覚地図の完成に向けて研究を継続する。また、今後の展開として霊長類での同実験系の応用、さらにはブレイン・マシン-インターフェースの臨床応用に向けた具体的な方策についてその専門家である研究協力者と協議する予定である。次年度は、成果発表における旅費、学術誌投稿費、印刷費などに本研究費を使用する予定である。次年度は研究協力者との打ち合わせおよび、成果発表における旅費、そこで用いる情報機器、学術誌投稿費、印刷費などに研究費を使用する予定である。
肺・気道の免疫応答における新しいToll様受容体関連シグナル分子の意義

Retinoic acid-inducible gene-I (RIG-I)は、気道上皮細胞、血管内皮細胞、マクロファージなどの肺・気道の構成細胞で産生されること、また、ウイルスや細菌の感染により活性化されて、下流のケモカインの発現を調節することにより、肺・気道における免疫応答や炎症反応を誘導することこと、が明らかになった。さらに、気道における免疫応答のみならず、関節リウマチなどの自己免疫疾患の病態にも関与していることが明らかになった。気道上皮細胞株BEAS-2Bを培養し、Th1タイプサイトカインのinterferon-γ(IFN-γ)を添加すると、retinoic acid-inducible gene-I(RIG-I)の発現が誘導されることを見い出した。更に、BEAS-2BにRIG-Iを過剰発現させると、IFN-γによるシグナリングの重要な転写因子であるsignal transducerand activator of transcription 1(STAT1)の発現が亢進し、IFN-γによるIFN-inducible protein-10(IP-10)の発現誘導が著明に増強されることを観察した。このことから、RIG-IがIFN-γ/STAT1シグナリング経路の調節に重要な働きをしていることを明らかになった(Imaizumi T.et al.:EurResp J,2005)。RIG-Iタンパク質は、細胞質においてウイルス感染に対する初期免疫応答に重要な役割を果たしているが、その機能の解明には、RIG-1タンパク質の合成のみならず分解の調節機構を明らかにする事が重要である。脱ユビキチン化酵素CYLDが、RIG-1タンパク質のユビキチン化およびもの後のプロテアソームによる分解を抑制し(Zhang Mら:J Biol Chem, 2008)、また、RIG-1タンパク質の安定性は、シャペロンタンパク質HSP-90α(Matsumiya Tら: J Immunol, 2009)によって制御されていることが明らかになった。更に、関節リウマチ患者の滑膜組織で、RIG-1の発現が亢進していること、また、培養滑膜細胞を、炎症性サイトカインであるtumor-necrosisfactor-αやlnterferon-γで処理するとRIG-1の発現が誘導されること、そのRIG-1が下流のケモカインの発現を制御していることを見いだした(Imaizumi Tら: Clin Exp Immunol, 2008 ; Imaizumi Tら: Immunol Lett,2009)。以上より、ウイルス感染に対する防御反応に重要な役割を果たしているRIG-1タンパク質の発現調節には、その分解系や安定性の調節が重要である事や、RIG-Iは関節リウマチなどの自己免疫性疾患を含めた慢性炎症性疾患の病態にも関わっている事が明らかとなった。
複数解の変化を内在する動的環境における群知能アルゴリズム

本研究では、実環境へ展開可能な「複合型動的環境における群知能アルゴリズム」の実現のために、時間経過によって変化する最適解に追従する群知能アルゴリズムを構築する。このための問題として、空間軸と時間軸上において様々に変化する単峰性動的関数と、それらを組み合わせた多峰性動的関数の最小化問題を設計し、変化する最小解への追従性の可能性と限界を明確にする。その後、時間経過により輸送先や混雑状況が変化する災害時の物資輸送問題などに適用して物資の平均配送時間を明確にすることで実応用可能性を明らかにする。
無動力撹拌嫌気性発酵によるバイオエネルギー生産プロセスと最適化に関する研究

撹拌は高濃度有機性廃棄物のメタン発酵処理プロセスに必要不可欠な操作である。本研究の目的は、新規無動力撹拌メタン発酵処理システムについて、反応器構造の最適化、無動力撹拌システムの原理を最大限に活用することにより低コストで高効率なシステムを開発することである。また嫌気性発酵モデルを確立し、反応器内の物質転換を数式化するとともに、最適化した有機物分解プロセスをシミュレーションすることにより有機物をエネルギーに最大限に変換させ、バイオガス生成効率の向上を目指す。以下に本研究による成果の概要を示す。(1)無動力撹拌嫌気性発酵反応器構造の最適化:H26年の研究結果に基づき、実験用無動力撹拌反応器を構築し、有機性廃棄物のメタン発酵反応におけるCFD研究方法のフィージビリティーの検証とCFD結果の修正を行った。反応器構造の最適化を図り、最適な撹拌混合を実現することができる条件を明らかにした。(2)嫌気性消化モデルの確立と実際の処理プロセスのシミュレーションおよび予測:これまでに得られた研究成果に基づき、有機物嫌気性消化プロセスの数式化・モデル化を行った。有機物除去効率およびバイオマスエネルギー生成量を検討することにより、無動力撹拌システムの運転特性を明らかにした。その結果、研究発表の欄にまとめたように、第一著者の査読付き論文2編および共著論文として多くの学術論文を完成した。27年度が最終年度であるため、記入しない。従来の低コスト型発酵槽に備えられていなかった撹拌機能を有する新規低コスト型メタン発酵リアクターの開発に取り組む。本研究により設計される数学モデルにより下水汚泥等の有機性廃棄物の嫌気性発酵過程の最適化を図ることが可能となり、嫌気性発酵からより多くのバイオガスの生産が可能となる。また本研究は下水処理プロセスの最適化において応用、高品質で安全安心な水資源の供給および環境への負荷の低減といった課題にも貢献可能となる。撹拌が高濃度有機性廃棄物の発酵処理プロセスには不可欠なプロセスでした。そこで本研究では、新規無動力撹拌嫌気性発酵処理システムについて、反応器構造の最適化、無動力撹拌システムの原理を最大限に活用することにより低コストで高効率なシステムを開発することを目的とした。グローバルなエネルギー不足及び環境汚染の深刻化に伴い、高濃度有機性廃棄物の嫌気性消化処理は社会が廃棄物を処理する負担を軽減し環境を保護することができるほかに、作り出されるバイオマスエネルギーは化石資源エネルギーの需要を軽減することができる。さらに本システムは構造が簡単で運転を維持するための電気エネルギーを必要としないため、経済的に貧しい途上国や後進地域に適用できるため、重きな意義を持つ。またこの反応器内の微生物による有機物分解の特性を把握してしまった。さらに嫌気性発酵モデルを確立し、最適化した有機物分解プロセスをシミュレーションすることにより有機物をエネルギーに最大限に転化させ、バイオガス生成効率の向上を目指した。またこの反応器内の微生物による有機物分解の特性を把握し、微生物群集構造を解析する。さらに嫌気性発酵モデルを確立し、反応器内の物質転換を数式化し、最適化した有機物分解プロセスをシミュレーションすることにより有機物をエネルギーに最大限に転化させ、バイオガス生成効率の向上を目指す。(1)高濃度有機性廃棄物の嫌気性消化実験異なる基質を用い無動力撹拌嫌気性消化反応器の高濃度有機性廃棄物の処理能力とバイオマスエネルギーの生産能力を検討する。各運転条件における処理効果への影響を評価する。

また活性試験を行い、バイオマスエネルギーの転換効率を検証する。微生物試験で反応器内の微生物群集構造を明らかにし、各微生物の有機物の分解特性について整理する。(2)嫌気性消化モデルの確立と実際の処理プロセスのシミュレーションおよび予測ここまでに得られた研究成果に基づき、有機物嫌気性消化プロセスの数式化・モデル化を行い、有機物除去効率およびバイオマスエネルギー生成量の最大化のための運転条件を検討する。運転条件における有機物処理とエネルギー転換への影響をシュミレーションする。反応器理論制御無動力撹拌プロセスを組み合わせ、有機物除去とエネルギー生成効率の関係を最適化する。そして処理場の設計、運転管理のための指針の確立を行う。27年度が最終年度であるため、記入しない。
骨髄異形成症候群における染色体メチル化プロファイリング

近年、DNAやピストンのメチル化修飾による遺伝子発現調節が発ガンに寄与することが示唆されている。MDSではDNAメチル化阻害剤が、予後不良の複雑型染色体異常を有する症例に対して、細胞遺伝学的効果をもたらし予後を改善することが示唆されており、数的染色体異常とDNAメチル化による腫瘍化機序の関連が注目されている。我々はRA:4例、RAEB1:4例、RAEB2/AML:2例と健常者を対象に、末梢血より好中球を分離し、ピストンを抽出後、抗H3 di or tri methyl K4、抗H3 di or tri methyl K9抗体を用いWestern Blot法(WB)による解析を行った。結果、MDSでは健常者に比しH3 K4(RA2,RAEB2例)およびH3 K9(RA2,RAEB4例)のglobal hyper methylationが生じており、H3 K9 hyper di-methylationは-7/複雑核型異常を有する3/3例(100%)で認め、その他の核型42.9%に比して高頻度なことが明らかになった。また、H3 K9のhyper-di-methylationはRAの50.0%に認められ、MDSのprimary eventである可能性もある。解析可能であった5例の末血芽球と好中球の比較では、H3 K9のジメチル化.は4例で同様の傾向を示し、1例で芽球の方が高かった。-7/複雑核型におけるメチル化標的遺伝子を明らかにするため、抗di-methyl K9抗体を用いてクロマチン免疫沈降し、得られたDNA断片(102 clones)を塩基配列解析した結果、AluおよびLINE配列が38%,37%を占め、健常者コントロールに比較してLIPA subfamiliyの頻度が高かった。現在、-7の検体を用い20,000種類のpromoter配列を有するDNA chipを用いたChIPson CHIPアッセイを行い、残存7番染色体特異的メチル化標的遺伝子を単離することを試みている。造血器腫瘍ではDNAメチル化と腫瘍化との関連が示唆され、DNAメチル化阻害剤が-7や複雑型染色体異常を有するMDSの予後を改善することが報告されている。近年、真核生物ではヒストンH3 K9のメチル化によりDNAメチル化酵素がリクルートされ転写が不活化されること、またMDS発症に関与するMLL遺伝子がH3 K4のメチル化酵素であることが明らかになった。本年度はMDSにおいて直接的にepigeneticな発現調節を受ける遺伝子を単離するべきと考え、MDS好中球におけるglobalなヒストンH3のメチル化修飾状態を検討し、更にクロマチン免疫沈降法(ChIPs)を用いH3 K9メチル化領域に対応する塩基配列を解析した。対象はRA :4例、RAEB1:4例、RAEB2/AML :2例で、末血より好中球を分離、ヒストンを抽出後、抗H3 di or tri methyl K4、抗H3 di or tri methyl K9抗体を用い、Western Blot法により解析した。結果、健常者に比較してH3 K4、K9のhyper tri-methylationを5/10例、2/9例、H3 K4、K9のhyper di-methylationを4/9例、6/10例に認めた。H3 K9 hyper di-methylationは-7/複雑核型異常を有する3/3例(100%)で認め、他(42.9%)に比して高頻度であった(p=0.0126)。

-7を有する患者検体を用いdi-methyl K9に対するChIPsにより抽出された塩基配列はAlu(38.3%)、LINEs(37.0%)等の反復配列が中心を占めることが明らかになった。近年、DNAやピストンのメチル化修飾による遺伝子発現調節が発ガンに寄与することが示唆されている。MDSではDNAメチル化阻害剤が、予後不良の複雑型染色体異常を有する症例に対して、細胞遺伝学的効果をもたらし予後を改善することが示唆されており、数的染色体異常とDNAメチル化による腫瘍化機序の関連が注目されている。我々はRA:4例、RAEB1:4例、RAEB2/AML:2例と健常者を対象に、末梢血より好中球を分離し、ピストンを抽出後、抗H3diortrimethylK4、抗H3diortrimethylK9抗体を用いWestern Blot法(WB)による解析を行った。結果、MDSでは健常者に比しH3 K4(RA2,RAEB2例)およびH3 K9(RA2,RAEB4例)のglobal hyper methylationが生じており、H3 K9hyper di-methylationは-7/複雑核型異常を有する3/3例(100%)で認め、その他の核型42.9%に比して高頻度なことが明らかになった。また、H3 K9のhyper-di-methylationはRAの50.0%に認められ、MDSのprimary eventである可能性もある。解析可能であった5例の末血芽球と好中球の比較では、H3 K9のジメチル化.は4例で同様の傾向を示し、1例で芽球の方が高かった。-7/複雑核型におけるメチル化標的遺伝子を明らかにするため、抗di-methyl K9抗体を用いてクロマチン免疫沈降し、得られたDNA断片(102clones)を塩基配列解析した結果、AluおよびLINE配列が38%,37%を占め、健常者コントロールに比較してL1PAsubfarniliyの頻度が高かった。現在、-7の検体を用い20,000種類のpromoter配列を有するDNA chipを用いたChIPson CHIPアッセイを行い、残存7番染色体特異的メチル化標的遺伝子を単離することを試みている。
リン酸化たんぱく質の立体構造調節因子の機能

Pin1は細胞周期調節因子として発見された。すなわちCdc2/サイクリンBの脱リン酸化を行うcdc25cのリン酸化部位に結合しその立体構造を変化させることで活性を調節している。その後Pin1と結合する分子としてP53,c-Myc, Jun/Fosなどの転写因子調節タンパク質が同定され、Pin1はそれらの活性調節を行っていることが判明してきた。私はPin1ノックアウトマウスを作成し解析を行ったところ、Pin1分子単体の欠損によっても生育可能であったことから代替の分子が存在すると仮定し、その分子の探索を行った。その結果Par14分子の発見につながった。Par14はPin1同様にペプチド中のプロリンをシス体からトランス体に異性化するPPIase活性を有しており、Pin1機能の類推に役立っている。また、ノックアウトマウスより得た細胞を用いた実験により、Pin1が結合する分子として新たにいくつかの分子の同定に成功した。たとえば、CREBは転写の活性化に133番目のセリンのリン酸化が必要であるが、CREBタンパク質中のセリン(リン酸化)-プロリンと並ぶ領域のいくつかにPin1が結合し、CREBの転写活性を調節していることを発見した。以上のようにPin1の分子メカニズムとしての転写活性調節機能を明らかにしてきた。また、本研究を行うにあたり、機能解析のためにいくつかの実験系の開発も行ってきた。例えば、従来型の転写因子の活性測定に用いられていたゲルシフトアッセイやルシフェラーゼアッセイなどの方法は、単一の転写因子の解析はできても複数の転写因子の解析を同時に行うことは困難であったが、マイクロアレイ技術を用いた蛍光プローブを転写因子解析に用いることで、一度に50種類以上の転写因子の活性化状態を検出できる系を開発した。すなわち、Pin1の機能解析と新規転写因子解析手法の両方を満足させた。Pin1ノックアウトマウスのフェノタイプ解析より、Pin1は細胞増殖に必須であることが判明していたが、初代ノックアウトマウスでは唯一血清飢餓の培地で培養した胎児繊維芽細胞を通常培地に戻した場合にのみ、その増殖復帰能に障害が生じることがわかっていた。しかし、加齢Pin1マウスでは精巣の発達が悪く、そのフェノタイプはサイクリンD1ノックアウトマウスのそれと非常に類似していることが判明した。さらにPin1の存在により、サイクリンD1は細胞質から核内に移行することが可能で、ゆえにPin1はサイクリンD1の構造を変化させる事で核内移行を制御していることが示唆された。また本年度はPin1の阻害剤探索によりいくつかの低備んし化合物の取得にも成功した。我々が先に発見しているPin1のヒトホモログであるhPar14に対しても本阻害剤は同様にPPIase阻害活性を呈したので、生体内においてhPar14はPin1と同様の機能を有する可能性が示唆された。さらに様々な培養細胞に対して本阻害剤を処理したところ、細胞の増殖阻害が観察され、サイクリンD1の発現抑制も観察された。Pin1はサイクリンD1自体の構造変化に加えて、サイクリンD1のプロモーターに存在するc-Junやβカテニンの転写活性を調節していることから、本阻害剤によりこれら転写因子の活性阻害が起こっている事が示唆された。Pin1が様々な転写因子の活性化調節を行っている事から、転写因子の活性化状態を測定する実験系の開発も同時に行った。転写因子に特異的に結合する二本鎖DNAを用い、核タンパク質と反応させて最終的に回収される二本鎖DNAの量をマイクロアレイにより定量することで転写活性を測定するのだが、本方法論の基礎的データが得られた。来年度はPin1発現、非発現株の各種転写因子の活性化状態の測定を行う事による機能解析を行う下地が完成したと言えよう。具体的にはガラススライド上に転写因子に特異的に結合する二本鎖DNA結合させ、核タンパク質と共沈してくる二本鎖DNAを回収した後、ハイブリダイゼーションによりその量を定量することで転写活性を測定するのだが、本年度は本方法論の基礎的データが得られた。また、Pin1抗体を用いた免疫沈澱法により共沈してくる転写因子群の解析を合わせて行ったところ、Pin1が結合する新規転写因子が多数回収出来た。最終年度はPin1発現、非発現株の各種転写因子の活性化状態の測定を行う事による機能解析を行う。さらに本方法論は非常に汎用性の高いものであり、細胞周期研究などの基礎生物学への応用のみにとどまらず、たとえば内分泌かく乱物質や環境変化に伴う転写因子群の活性変化を広くモニタリングできるものであり、その波及効果は非常に期待できるものである。

すなわちCdc2/サイクリンBの脱リン酸化を行うcdc25cのリン酸化部位に結合しその立体構造を変化させることで活性を調節している。その後Pin1と結合する分子としてP53,c-Myc, Jun/Fosなどの転写因子調節タンパク質が同定され、Pin1はそれらの活性調節を行っていることが判明してきた。私はPin1ノックアウトマウスを作成し解析を行ったところ、Pin1分子単体の欠損によっても生育可能であったことから代替の分子が存在すると仮定し、その分子の探索を行った。その結果Par14分子の発見につながった。Par14はPin1同様にペプチド中のプロリンをシス体からトランス体に異性化するPPIase活性を有しており、Pin1機能の類推に役立っている。また、ノックアウトマウスより得た細胞を用いた実験により、Pin1が結合する分子として新たにいくつかの分子の同定に成功した。たとえば、CREBは転写の活性化に133番目のセリンのリン酸化が必要であるが、CREBタンパク質中のセリン(リン酸化)-プロリンと並ぶ領域のいくつかにPin1が結合し、CREBの転写活性を調節していることを発見した。以上のようにPin1の分子メカニズムとしての転写活性調節機能を明らかにしてきた。また、本研究を行うにあたり、機能解析のためにいくつかの実験系の開発も行ってきた。例えば、従来型の転写因子の活性測定に用いられていたゲルシフトアッセイやルシフェラーゼアッセイなどの方法は、単一の転写因子の解析はできても複数の転写因子の解析を同時に行うことは困難であったが、マイクロアレイ技術を用いた蛍光プローブを転写因子解析に用いることで、一度に50種類以上の転写因子の活性化状態を検出できる系を開発した。すなわち、Pin1の機能解析と新規転写因子解析手法の両方を満足させた。
セメントプラントによる廃棄物減容と環境調和型社会基盤構築システムの開発

都市型廃棄物の減容システムとして,セメントプラントが期待されている。その際,セメントプラントに塩素バイパスを設置し,塩化カリウムを主成分とする塩素バイパスダストとして塩素を除去し,規制値を満足するセメント製造方法が増加している。しかし,この場合には,塩化カリウムを主体とするダストをセメントに混和し,塩素高含有セメントとして無筋コンクリート異形製品などに有利に利用する方法を含めて社会基盤構築システムを構築する必要がある。一方,IS0対応では塩素規制値を増加させる検討も行われている。塩素高含有セメントの特徴を見いだすことや塩化物イオンの水和や硬化体の中での挙動を明らかにすることは,このような状況下において非常に重要な事である。塩化カリウムを含むエ一ライトおよびセメントの水和や硬化体の相組成などに関する詳細な検討を加え,塩化物イオンを含む場合は,初期の水和反応が促進されるが長期的には抑制される傾向を示すことを明らかにした。また,生成するケイ酸カルシウム水和物は,通常の場合と比較して,多量な塩素を含み,Ca/Si比が大きくなることや強度の空隙依存性が大きいので,水セメント比を低くして使用することが重要であることを明らかにした。以上のように,塩素高含有セメントの特徴を見いだしており,循環型社会としての都市型廃棄物減容システムを実現する社会基盤構築システムの可能性を示唆している。都市型廃棄物の減容システムとして、セメントプラントによる都市型廃棄物や焼却灰の原料・燃料化が検討されている。その際、ポルトランドセメントには塩素含有量の規制があり、塩素バイパスをプラントに設置し、塩化カリウムを主成分とした塩素バイパスダストとして塩素を除去する検討がされている。このような都市型廃棄物の減容システムにおいては、塩化カリウムを含む塩素バイパスダストを、規制の範囲でポルトランドセメントに混合して行くことや塩化カリウムを多量に添加したセメントを目的別に利用して行くなどの総合的な社会基盤構築システムの提案が必要である。本研究は、このような都市型廃棄物のセメントプラントでの処理に伴い、必要となる品質管理システム、塩化カリウムを添加した場合のセメントの水和機構やさらに処理を目的に塩化カリウムを添加した高炉スラグ微粉末の水和について検討を加えた。また、下水汚泥焼却灰については、そのポゾラン反応性について明らかにし、実際の異形大型コンクリート製品を試作した。安定性も含めて現在暴露実験を継続中である。これらの基礎的研究を継続するとともに、さらに有害イオンの溶出試験なども行い、社会基盤構築システムの検討を行う。今後は、塩化カリウムを添加した各種セメント構成化合物の水和率の検討、およびそれに基づく反応のモデル化と品質管理システムの確立および各種水和物による塩素イオンの収着現象の解明などの基礎試験を継続する。さらに塩化カリウムが添加された場合のアルミネート相の水和促進による流動性への影響や流動性を改善するための石灰石微粉末の添加の影響などを検討し、流動性、強度発現性状や鋼材の腐食限界なども考慮したセメントの材料設計により、都市型廃棄物の減容システムおよび社会基盤構築システムの確立を計る。さらに、社会基盤構築システムの実用化のために必要な大型実験も平行して実施する。以上を総合的に評価し、全体的なシステムを構築する。しかし,この場合には,塩化カリウムを主体とするダストをセメントに混和し,塩素高含有セメントとして無筋コンクリート異形製品などに有効に利用する方法を含めて社会基盤構築システムを構築する必要がある。一方,ISO対応で塩素規制値を増加させる検討も行われている。塩素高含有セメントの特徴を見いだすことや塩化物イオンの水和や硬化体中での挙動を明らかにすることは,このような状況下において非常に重要なことである。塩化カリウムを含むエーライトおよびセメントの水和や硬化体の相組成などに関する詳細な検討を加え,塩化物イオンを含む場合は,初期の水和反応が促進されるが長期的には抑制される傾向を示すことを明らにした。

また,生成するケイ酸カルシウム水和物は,通常の場合と比較して,多量な塩素を含み,Ca/Si比が大きくなることや強度発現性の空隙率依存性が大きいので,水セメント比を低くして使用することが重要であると述べている。以上のような特徴をもとに,異形コンクリート製品への利用の可能性を見いだしており,これらにより循環型社会としての都市型廃棄物減容システムを実現する社会基盤構築システムが可能になることを明らかにしている。
スポーツ連成問題の最適化

スポーツ連成問題の大規模化に備えて、最適化手法の熟成をした。具体的には、1最適化プログラムの効率化、2応答局面構築法の改善、である。1これまで使っていた多目的遺伝的アルゴリズム:NSGAIIから領域適応型多目的遺伝的アルゴリズムARMOGAに変更した。これにより、計算時間は5%程度短くなった。両者の最適解探索能力は同程度である。2これまで、最適計算用の応答局面は逆距離荷重法により、構築してきた。今回、クリギング法を用いて応答局面を構築するトライアルを行った。その結果、クリギング法による空力係数の算出は迎え角に依存することが明らかになった。すなわち、迎え角が大きい場合(90°近傍)と小さい場合(0°近傍)には、正確な空力係数を算出できず、一方、迎え角が中間の領域では、正確に空力係数が算出できる(例え、失速により揚力係数が急激に変化しようとも)。なお、本萌芽研究は本年度から採択された基盤研究A(No.15H01824)と研究内容一部重複するため、辞退した。
有限周波数特性に基づく分布定数系の統一的ロバスト制御系設計:ビヘイビアアプローチ

本研究課題は、ビヘイビアアプローチの消散性理論で重要となる2次微分形式に基づき遂行した。まず、分布定数系の有限周波数特性を、消散性に基づき特徴づけ、その物理的な意味を明確化した。さらに、2次元分布定数系の安定性の必要十分条件を、2次微分形式と多項式行列方程式を用いて与えた。最後に、有限周波数特性を達成するプラントの設計条件を2次微分形式に基づき導出した。なお、実験による検証は、今後の課題として残った。本年度は、有限周波数特性に基づくロバスト制御系設計のための基礎結果の導出に重点を置いた。具体的には、(i)有限周波数特性解析(ii)分布定数系の安定解析(iii)半正定値計画問題の双対性の3つのサブテーマを、ビヘイビアアプローチの消散性理論で重要な役割を果たす2次微分形式に基づいて考察した。上記の解析に関するサブテーマは予定通り遂行できたが、制御系設計は着手できなかったため平成21年度へと持ち越しとなった。(i)有限周波数特性解析では、集中定数系の有限周波数特性が、変化率に制約のあるサブシステムの消散性に等価であることを示した。本成果はSICE Annual Conference 2008にて発表し、現在国際論文誌に投稿中である。さらに、本成果を多次元システムへと一般化し、消散性と線形行列不等式に基づく有限周波数特性の特徴付けを、それぞれSICE第37回制御理論シンポジウムおよびSICE第9回制御部門大会にて発表した。(ii)分布定数系の安定解析は、当初の研究計画を変更して遂行した。主要な成果として、2次元(離散時間)分布定数系の安定性の必要十分条件を、2次微分形式と周波数依存型の多項式行列方程式を用いてそれぞれ与えた。本成果は、48th IEEE CDC-CCCなどの国際会議にて発表し、国際論文誌にも採録決定となった。なお、変更時の研究計画に含まれていた分布定数系の逆最適制御は、現在も継続して考察中である。(iii)半正定値計画問題の双対性に関しては、従来の線形行列不等式に基づく枠組みを2次微分形式へと展開させた。その結果、集中定数系が漸近安定ではないための必要十分条件を導出した。この結果は、ロバスト安定性の厳密な判定において有効であると期待される。本成果は47th IEEE CDC 2008にて発表し、現在国際論文誌に投稿準備中である。本年度は、有限周波数特性に基づく制御系設計および前年度に得られた集中定数系に対する結果の分布定数系への一般化に重点を置いた。具体的には、(i)有限周波数特性解析(分布定数系)(ii)有限周波数制御系設計(iii)半正定値計画問題の双対性(分布定数系)の3つのサブテーマを、ビヘイビアアプローチの消散性理論で重要な役割を果たす2次微分形式に基づいて考察した。ロバスト制御系設計および実験による検証は、着手できなかったため今後の研究課題として残った。(i)有限周波数特性解析では、分布定数系の有限周波数特性が変化率に制約のあるサブシステムの消散性に等価であることを示し、前年度の集中定数系に対する結果を一般化させた。本成果はEuropean Control Conference 2009にて発表し、現在国際論文誌に投稿準備中である。(ii)有限周波数制御系設計は、有限周波数特性を達成するプラントの設計条件を、消散性理論の枠組みにて集中定数系と分布定数系に対してそれぞれ導出した。本成果は、SICE第38回制御理論シンポジウムおよび第10回SICE制御部門大会にて発表した。また、SICE Annual Conference 2010などの国際会議にて発表予定であり、国際論文誌にも投稿準備中である。(iii)半正定値計画問題の双対性に関しては、従来の線形行列不等式に基づく枠組みを分布定数系に対する2次微分形式へと展開し、前年度の集中定数系に対する結果を一般化した。本成果はICROS-SICE International Joint Conference 2009にて発表し、現在国際論文誌に投稿準備中である。
スフィンゴ糖脂質生合成制御物質による神経機能の解析

本研究の目的は、筆者等が開発したグルコシルセラミド生合成D-PDMPやその類縁体を用いて、神経機能や様々な細胞内情報伝達における内因性スフィンゴ糖脂質(GSLs)の役割を解明することである。また、D-PDMPの光学対掌体であるL-PDMPは、ガングリオシド生合成を促進し,神経突起伸展作用やアポトーシス抑制効果があることが最近判明し、あらためて神経機能におけるGSLの意義に注目している。以下、平成13年度の研究実績を具体的に述べる。1)ガングリオシドGM2は、CNTFに依存した運動神経細胞の生存に必須であることを証明した。2)インシュリン抵抗性の原因物質として、ガングリオシドGM3の脂肪組織/細胞での増加が深く関わっていることを証明した。3)L-PDMPは、生細胞を前処理した際、逆にガングリオシド生合成を促進する活性があるという事実に遭遇した。さらに研究を進めた結果、L-PDMPは神経突起伸展作用や中枢神経のシナプス機能促進効果などの神経栄養因子様活性を有することを証明した。L-PDMPは、細胞を破砕して得たゴルジ膜画分に作用させてもガンクリオシド合成酵素活性を促進しないことから、生細胞中でのカウンター分子の存在が予想された。そこで、神経細胞中のL-PDMP結合タンパクを検索を目的として検討を重ねたところ、VDAC(voltage dependent anion channel)と結合することを見い出した。VDACはBcl-2ファミリータンパク質の標的分子であり、Bcl-2ファミリーのうちアポトーシス促進するBaxと複合体を形成し、アポトーシスの引き金であるミトコンドリアからのチトクロームCの細胞質へ放出を司るチャネルを形成することが判明している。そこで、アポトーシス刺激によるチトクロームCの放出への効果を単離ミトコンドリアで検討したところ、L-PDMPはチトクロームCの放出を抑制した。我々は、グルコシルセラミド合成酵素阻害剤(D-PDMP)を用いた内因性ガングリオシド枯渇実験により、大脳皮質ニューロンの機能シナプス形成にガングリオシドGQ1bが関与していることを見いだしている。またD-PDMPはNGFによるPC12細胞の突起伸展およびTrk受容体自己りん酸化とそのシグナル伝達系が抑制すること。さらにGM1添加による阻害の回復とTrk/GM1会合体の形成促進を報告し、D-PDMPを用いて神経系におけるガングリオシドの分子種特異的な機能を見い出している。さらに、D-PDMPのアナログを設計/合成した中から、D-PDMPより強力なグルコシルセラミド生合成酵素阻害活性(IC50 : 0.3μM)示し、且つ細胞毒性を示さないPBPPを見い出した。現在、種々のGSL生合成酵素遺伝子とPBPPを有効に活用することによってスフインゴ糖脂質の機能解析を行っている。一方我々は、D-PDMPの光学異性体であるL-PDMPは、逆にガングリオシドの生合成を促進するという興味ある現象を見いだしている。L-PDMPは初代培養神経細胞において、種々のガングリオシド合成酵素活性(GM3,GD3およびGQ1b合成酵素活性)を持続的に活性化すると共に、神経突起伸展作用やシナプス機能亢進作用を発揮した。Cell lyzateやGolgi画分を用いたin vitroassayでは、L-PDMPのガングリオシド生合成酵素活性の活性化は全く認められない。そこでL-PDMPのガングリオシド生合成酵素活性化機序の解明を目的として、A)抗L-PDMP抗体を作成し、L-PDMPの細胞内局在の検討。B)L-PDMP結合タンパクの検索(単離精製,同定、抗体作成、およびクローニング)を進めている。

スルファチドはゴルジ膜に存在するcerebroside sulfotransferaseの作用により、PAPSから基質である糖脂質に硫酸基が転移されて生成する。この酵素は他の硫酸転移酵素、たとえばステロイド、胆汁酸、グリコサミノグリカンなどを硫酸化する酵素とは異なり、ガラクトシルセラミド(GalCer)やラクトシルセラミド(LacCer)などの糖脂質を基質とし、それぞれガラクトシルスルファチド(SM4)やラクトシルスルファチド(SM3)を生成する。従来から、スルファチドは強い陰性荷電をもつ硫酸基を分子内に有する特異な性質のため、生体内における生理機能が注目されており,生理機能の明らかな多くのタンパク質と特異的または非特異的にIn vitroにおいて結合することが知られていた.しかし,これらの結果は外因性に添加したスルファチドの現象を観察した結果であることから、実際に細胞で生合成されたスルファチドの機能をどれだけ再現しているかは不明であった。我々は、3LLルイス肺癌細胞から樹立した酸性スフィンゴ糖脂質を欠損し,且つLacCerを高発現しているJ5株へCST遺伝子を導入し、スルファチドとしてSM3のみを高発現する複数のクローンを作成した.これらのSM3発現株はフィブロネクチンおよびラミニンへの接着能が著しく低下し、インテグリン分子の細胞表面での発現およびmRNAレベルでの発現が著しく低下していた。驚くべきことに、これらSM3高発現肺ガン細胞株は通常培養条件下での増殖率は,Mock transfectantの増殖率と同じであるにもかかわらず,生体内での造腫瘍能が消失していた.この造腫瘍能の消失は、悪性度の高い癌細胞にCST遺伝子を導入しSM3をはじめとするスルファチドを発現させることで、インテグリンの発現が減少し、接着基質と癌細胞の結合全般が低下した結果であること強く示唆している.本研究の目的は、筆者等が開発したグルコシルセラミド生合成D-PDMPやその類縁体を用いて、神経機能や様々な細胞内情報伝達における内因性スフィンゴ糖脂質(GSLs)の役割を解明することである。また、D-PDMPの光学対掌体であるL-PDMPは、ガングリオシド生合成を促進し,神経突起伸展作用やアポトーシス抑制効果があることが最近判明し、あらためて神経機能におけるGSLの意義に注目している。以下、平成13年度の研究実績を具体的に述べる。1)ガングリオシドGM2は、CNTFに依存した運動神経細胞の生存に必須であることを証明した。2)インシュリン抵抗性の原因物質として、ガングリオシドGM3の脂肪組織/細胞での増加が深く関わっていることを証明した。3)L-PDMPは、生細胞を前処理した際、逆にガングリオシド生合成を促進する活性があるという事実に遭遇した。さらに研究を進めた結果、L-PDMPは神経突起伸展作用や中枢神経のシナプス機能促進効果などの神経栄養因子様活性を有することを証明した。L-PDMPは、細胞を破砕して得たゴルジ膜画分に作用させてもガンクリオシド合成酵素活性を促進しないことから、生細胞中でのカウンター分子の存在が予想された。