hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ペダリング運動と電気刺激治療の併用による効果の研究

平成24年度においては,研究課題であるペダリング運動と電気刺激治療の併用による効果に関して,回復期脳卒中患者を対象とし,歩行能力に対する効果を検証することを目的に多施設共同研究を開始した.本年度は35症例で評価を終了しており,順調に進行している.また研究テーマに関連した研究として,経頭蓋直流電気刺激(tDCS)とpatterned electrical stimulation(PES)の組み合わせによる脊髄介在ニューロンの可塑性に及ぼす効果について,不全脊髄損傷患者を対象に検討した.この研究では,皮質運動野の興奮性を高めるanodal tDCSと末梢神経からの歩行周期に類似した高周波感覚刺激であるPESの組み合わせが,PES単独の介入と比較して,障害された脊髄相反性抑制を改善し,その効果が持続することを示した.年齢を合わせた健常対照群においても,anodal tDCSとPESを組み合わせることで,PESによる脊髄相反性抑制への修飾効果を認めた.一方,不全脊髄損傷患者においては,足関節の運動機能が改善し,この運動機能の改善は脊髄相反性抑制の改善と相関を認めた.相反性抑制の修飾効果は,健常対照群と比較し,不全脊髄損傷患者で高く,運動皮質からの入力が低下している不全脊髄損傷患者において,周期的な感覚入力と同時に,皮質興奮性を高めることが重要であることが示唆された.以上は,脊髄レベルでの可塑性誘導を実証し,下肢運動機能障害に対する新たな治療としての有効性を示した重要な知見である.これらの内容を,国内学会2件,国際学会2件で発表した.さらに,第47回日本理学療法学術大会および第42回臨床神経生理学会において,シンポジストとして研究課題についての発表を行った.これまでに行った研究の成果として,国際雑誌に7本(筆頭4本,共著3本),国内雑誌5本(共著5本)の論文が採択および掲載された.中枢神経疾患(脳卒中、脊髄損傷など)を持つ患者において、歩行能力の獲得は、リハビリテーションの重要な目標である。特に歩行周期中に必要な筋を適切な時相で活性化することが、歩行動作の獲得には重要である。特に、痙縮の存在は、歩行動作の阻害要因の1つと考えられている。この痙縮に対して、ペダリング運動(自転車漕ぎの運動)が有効なことが報告されている。また、痙縮筋の拮抗筋に対する電気刺激についても、痙縮の改善に有効なことが知られている。今回、ペダリング運動中に電気刺激を組み合わせて行うことによる脊髄相反性抑制の変化を、健常者12名で検討した。介入は、ペダリング運動+電気刺激(以下、PE-ES)、ペダリング運動のみ(以下、PE)、電気刺激のみ(以下、ES)の3課題を、3日以上の間隔をあけて全対象者に実施した。すべての課題で、実施時間は7分間とした。評価は、ヒラメ筋H波を用いた条件-試験刺激法により、2シナプス性相反抑制を測定した。測定は介人前後、15分後、30分後に実施した。課題間の比較では、PE-ESによるヒラメ筋へのla相反抑制が、介入直後、15分後に他の課題(PE・ES)と比較して有意に増加した(p<0.05)。また、介入ごとの検討においては、ペダリング運動と電気刺激を組み合わせることにより、介入前直後、介入前と15分後に有意差を認めた(p<0.01)。PEおよびESにおいては、介入前後で有意な増加を認めた(p<0.05)。今回、健常者において、ペダリング運動中に電気刺激を組み合わせて行うことによって、個々の介入単独よりla相反抑制が増強することが示された。今回の結果から、脳卒中患者の痙縮に対する新しい治療法の可能性が示唆された。本研究の結果は、第45回日本理学療法学術大会(平成22年5月、岐阜)、Neuro2010(平成22年9月、神戸)、29th international Congress of Clinical Neurophysiology (平成22年10月、神戸)で発表した。本年度の研究では、ペダリング運動と電気刺激治療の併用による効果のメカニズムを解明するために、2つの研究を行った。1つ目に、電気刺激によるアーチファクトの影響を受けない筋音図計(MMG)を用いて、随意運動と電気刺激を同時に行っている最中の皮質脊髄路の興奮性変化を、経頭蓋磁気刺激による運動誘発電位(MEP)で評価した。特に電気刺激を行った神経の支配筋(擁側手根屈筋;主動作筋)においては、電気刺激を随意運動に併せて行うことによって、同強度の随意運動のみを行った時のMEPと比較して皮質脊髄路の興奮性が有意に増加した。また、その興奮性の増加は、随意運動の強度が増加することにより、さらに高くなった。一方で、拮抗筋(擁側手根伸筋)においては、電気刺激を随意運動と併せることにより、皮質脊髄路の興奮性が、抑制に働くことにより、reciprocalに興奮性が変化することが示された。2つ目の研究として、大脳皮質の興奮性が末梢からの電気刺激による脊髄介在ニューロンの可塑性に影響を与えるかを検討した。patterned afferent electrical stimulation(PES)は、末梢神経からの高周波感覚刺激によってdisynaptic reciprocal inhibition(RI)を修飾し、脊髄可塑性を誘導することが知られている。また経頭蓋直流電気刺激(tDCS)は、極性に依存して、大脳皮質の興奮性を変化させることが可能である。今回、PESとtDCSの同時使用によるRIの変化を検討した。

その結果、PESとanodal tDCSを組み合わせることで、PES単体と比較し、PESにより得られるRI修飾効果を促進する可能性を示した。一方で、PESとcathodal tDCSの組み合わせでは、PESによるRIの可塑性が消失した。これらの結果から、大脳皮質の興奮性が脊髄介在ニューロンの可塑性の誘導に重要であることが示唆された。これらの結果から、随意運動(ペダリング運動)と電気刺激療法を組み合わせることで、中枢神経系疾患例において脳や脊髄レベルでの可塑性を誘導し、有効な治療効果につながる可能性を示した。またこれらの内容を、第46回日本理学療法学術大会(5月、宮崎)16th World Congress for Physical Therapyにおいて発表した.平成24年度においては,研究課題であるペダリング運動と電気刺激治療の併用による効果に関して,回復期脳卒中患者を対象とし,歩行能力に対する効果を検証することを目的に多施設共同研究を開始した.本年度は35症例で評価を終了しており,順調に進行している.また研究テーマに関連した研究として,経頭蓋直流電気刺激(tDCS)とpatterned electrical stimulation(PES)の組み合わせによる脊髄介在ニューロンの可塑性に及ぼす効果について,不全脊髄損傷患者を対象に検討した.この研究では,皮質運動野の興奮性を高めるanodal tDCSと末梢神経からの歩行周期に類似した高周波感覚刺激であるPESの組み合わせが,PES単独の介入と比較して,障害された脊髄相反性抑制を改善し,その効果が持続することを示した.年齢を合わせた健常対照群においても,anodal tDCSとPESを組み合わせることで,PESによる脊髄相反性抑制への修飾効果を認めた.一方,不全脊髄損傷患者においては,足関節の運動機能が改善し,この運動機能の改善は脊髄相反性抑制の改善と相関を認めた.相反性抑制の修飾効果は,健常対照群と比較し,不全脊髄損傷患者で高く,運動皮質からの入力が低下している不全脊髄損傷患者において,周期的な感覚入力と同時に,皮質興奮性を高めることが重要であることが示唆された.以上は,脊髄レベルでの可塑性誘導を実証し,下肢運動機能障害に対する新たな治療としての有効性を示した重要な知見である.これらの内容を,国内学会2件,国際学会2件で発表した.さらに,第47回日本理学療法学術大会および第42回臨床神経生理学会において,シンポジストとして研究課題についての発表を行った.これまでに行った研究の成果として,国際雑誌に7本(筆頭4本,共著3本),国内雑誌5本(共著5本)の論文が採択および掲載された.本年度までに、健常者と脳卒中患者数例を対象に、ペダリング運動(随意運動)と電気刺激の併用による即時的な効果とメカニズムを検討している。現在、長期的な臨床的効果を検討するために、無作為化比較試験の準備を進めており、実施施設において倫理審査会の承認を得ている。来年度は、4月から研究を開始し、臨床的な効果の実証を進める計画である。来年度における研究では、ペダリング運動と電気刺激の併用による介入効果を、多施設間による無作為化比較試験によって検討する予定である。現在、実施施設において倫理審査会の承認を得ており、4月から開始する予定である。
時間依存微分方程式に対する逆問題における「局所化」による方法の可能性

本研究は囲い込み法による時間依存微分方程式に対する逆問題の解析において「局所化」という視点を導入することを目的とする。それを通じて、これまで申請者らが研究してきたレゾルベントの漸近挙動の解析を利用した逆問題への取り組みにおける適用範囲の拡張を目指す。これまでは基本解全体を用いるなど、必要以上の情報を利用しており、それが適用範囲を限る原因となっていた。その部分の改善を、次の問題の考察を通して試みる。接合境界面が平坦であるということのみを先見情報とし、平坦な接合境界面の上側から波を発射、観測することにより接合境界面の位置や下側の伝播速度についての情報を得る。
インフルエンザウイルスHAを標的とした特殊環状ペプチドの発症阻害機序の解明

ウイルス粒子表面に多数存在するヘマグルチニン(HA)を標的とした特殊環状ペプチド(inhibitor of HA: iHA)の開発を進め、H1N1、H5N1の増殖を阻害する特殊環状ペプチドiHA-100を取得している。H5N1の動物感染モデルを用いてiHA-100の治療効果を検討し、発症後の投与においても有意な治療効果を確認した。iHA-100投与カニクイザルの肺では炎症性サイトカイン(IFN-ganma, IL-6)およびケモカインの量が有意に減少しており、iHA-100投与により炎症が抑制されていることが示された。iHA-100の病態抑制機序について解析を進めていく予定である。H5N1インフルエンザウイルスHA蛋白質に対して結合する12-15アミノ酸からなる特殊環状ペプチドを作成し、治療に用いられているリレンザと同等の良好な阻害活性を有するものを見出した。さらに、この特殊環状ペプチドがリレンザ耐性のH1N1パンデミック2009に対しても強力な阻害活性を示すことを見いだした。これは、インフルエンザウイルスの新たな抗ウイルス剤として強力な治療ペプチドの可能性を示している。マウスを用いた治療実験において、感染6日後に投与しても治療効果を示し、リレンザと異なり感染後期においても劇症肺炎抑制治療効果があることが示された。これは、感染細胞内のウイルス抗原を分解排除し、免疫担当細胞攻撃を免れ劇症肺炎発症抑制効果を示すものと考えられる。H5N1ウイルスの致死性感染マウスモデルにおいて、特殊環状ペプチドの腹腔内投与による治療効果を検討したところ、190 mg/kg/dayの5連投で体重減少を完全に抑制し、すべてのマウスが生存した。次に、投与方法を鼻腔内投与に変更して検討したところ、1.9 mg/kg/day(腹腔内投与の100分の1の用量)でも治療効果を示した。さらに、感染中期以降(感染4日後および6日後)からの投与による治療効果について検討したところ、リレンザは感染4日後以降の投与では体重の減少を抑制できず、全個体死亡した。一方、特殊環状ペプチドは感染4日後投与においては投与完了後より体重の回復がみられ、生存率も40%を示した。また、感染6日後の投与では、感染4日後投与よりも体重減少がみられたが、生存率は40%であり生存したマウスはいずれも体重が回復傾向を示した。ウイルス粒子表面に多数存在するヘマグルチニン(HA)を標的とした特殊環状ペプチド(inhibitor of HA: iHA)の開発を進め、高病原性トリインフルエンザウイルスH5N1および同じGroup1に属するH1N1、H2N2の増殖を阻害する特殊環状ペプチドiHA-100を取得している。H5N1の霊長類感染モデル(カニクイザル)を用いてiHA-100の治療効果を検討し、発症後の投与においても有意な治療効果を確認した。このiHA-100の治療効果に関与する機序の解析を行った。iHA-100投与カニクイザルの肺では炎症性サイトカイン(IFN-γ, IL-6)およびケモカイン(MIP-1α, MCP-1)の量が有意に減少しており、iHA-100投与により炎症が抑制されていることが示唆された。加えて、IL-15についてもiHA-100投与群で顕著な減少がみられた。IL-15依存性CD8 T細胞がインフルエンザウイルス感染における急性肺病態の病原性に関与するという報告(J.Virol. 84:5574-82, 2010)もあり、上述のIL-15の減少についてもiHA-100の病態抑制機序に関与している可能性がある。我々はさらに、iHA-100投与マウスの脾臓細胞において1IFN-γ陽性のCD4+T, CD8+T細胞が増加する2抗原提示細胞(樹状細胞、マクロファージ)のMHC classII, CD86発現が上昇するという知見を得ている。これらの事から、iHA-100投与により免疫担当細胞(マクロファージ、樹状細胞、CD4陽性T細胞、CD8陽性T細胞など)に対して影響をおよぼしている可能性も考えられる。今後は、iHA-100の病態抑制機序について、免疫学的な解析を進めていく予定である。現行の抗インフルエンザウイルス薬(ノイラミニダーゼ阻害薬)とは作用機序の異なる新たな治療薬の開発を目指し、ウイルス粒子表面に多数存在するヘマグルチニン(HA)を標的とした特殊環状ペプチド(inhibitor of HA: iHA)の開発を進めている。これまでに、高病原性トリインフルエンザウイルスH5N1および同じGroup1に属するH1N1、H2N2の増殖を阻害する特殊環状ペプチドiHA-100を取得している。iHA-100は、マウスにおいてリレンザでは治療効果を示さない感染中期以降(感染4日後および6日後)からの投与においても治療効果を示す。H5N1の霊長類感染モデル(カニクイザル)を用いてiHA-100の治療効果を検討し、発症後の投与においても有意な治療効果(解熱、感染局所でのウイルス量の減少)を確認した。さらにこのiHA-100の治療効果に関与する機序の解析を行った。iHA-100投与群では、どの時点においてもvehicle投与群に比べて10100倍ほどウイルス量が低かった。つまり、ウイルス増殖が顕著に抑制された。

しかしながら、減少しているわけではなくある程度のウイルス量(105 pfu/g lung)は残存していた。それにもかかわらず、感染3日目以降は体重減少および肺水腫・肺炎といった病態の進行は止まった。iHA-100投与群においては、23項目のうちIFN-gamma, IL-6, MIP-1alpha, MCP-1, IL-15の量がvehicle投与群に比べて顕著に減少していた。IFN-gamma, IL-6は炎症性サイトカインとして知られており、またMIP-1alpha, MCP-1は炎症部位への白血球の誘引に関与するケモカインである。今後は、iHA-100の病態抑制機序について、免疫学的な解析を進めていく予定である。ウイルス粒子表面に多数存在するヘマグルチニン(HA)を標的とした特殊環状ペプチド(inhibitor of HA: iHA)の開発を進め、H1N1、H5N1の増殖を阻害する特殊環状ペプチドiHA-100を取得している。H5N1の動物感染モデルを用いてiHA-100の治療効果を検討し、発症後の投与においても有意な治療効果を確認した。iHA-100投与カニクイザルの肺では炎症性サイトカイン(IFN-ganma, IL-6)およびケモカインの量が有意に減少しており、iHA-100投与により炎症が抑制されていることが示された。iHA-100の病態抑制機序について解析を進めていく予定である。特殊環状ペプチドは、ノイラミニダーゼ阻害薬であるリレンザでは治療効果がないとされる感染中期以降(感染4日後および6日後)からの投与においても治療効果を示した。一方、特殊環状ペプチドは、可溶性が乏しいため、現状としては大動物での非臨床試験に進むのは困難であり、医薬としての実用化に向けて課題がある。そこで、さらなる可溶性の向上のため、構成アミノ酸の改変を進める。iHA-100投与により免疫担当細胞(マクロファージ、樹状細胞、CD4陽性T細胞、CD8陽性T細胞など)に対して影響をおよぼしている可能性も考えられる。感染免疫学該当なしiHA-100の治療効果に関与する機序の解析を行った。iHA-100投与カニクイザルの肺では炎症性サイトカインの顕著な変化が認められた。この炎症性サイトカインの変化と急性肺炎病態の関連性についてマウスでも検討するために、サイトカイン定量キットの購入を予定していたが本年度中に全ての検体作製はできなかった。キットは使用期限が短いためにあらかじめ購入しておくことはできないので、次年度に購入することとした。該当なしiHA-100の治療効果に関与する機序の解析のためにiHA-100投与マウスでの炎症性サイトカインの変化と急性肺炎病態の関連性について検討する。このためのサイトカイン定量キットを購入する。
植物の金属輸送に関与するトランスポーターの同定

1.オオムギにおいて鉄欠乏によって誘導される二つのABCトランスポーター遺伝子(HvMRP1 and HvMRP2)の機能を解析するために、RNAi法を用いて、発現抑制株を作成した。それぞれの遺伝子について17の独立したラインを取得し、その発現レベルを定量RT-PCRで測定した。その結果、HvMRP1に関してはライン1と17、HvMRP1に関してはライン13の発現が野生型と比べ有意に低下していた。金属濃度を比較した結果、野生型とRNAiラインとの間に顕著な差が認められなかった。今後これらのラインを用いて、他の形質の変化を調べていきたい。2.OsYSL16はyellow-stripe likeファミリーに属する輸送体である。OsYSL16は主に節の飾部及び葉身の維管束に局在する。また細胞内局在を調べたところ、細胞膜に局在していた。さらに酵母では、銅ーニコチアナミン錯体の輸送活性を示した。OsYSL16遺伝子を破壊すると、古い葉の銅が増加し、新葉の銅が減少した。安定同位体65Cuを用いてラベリング実験を行った結果、古い葉から新葉への移動、止葉から種子への移動が破壊株で減少していた。これらの結果はOsYSL16が銅の鯖部の転流において重要な役割を果たしていることを示している。3.OsENA1はmajor facilitator superfamily (MFS)に属する輸送体である。OsENA1は主に根で発現し、鉄欠乏によって強く誘導された。また発現量の日周性が見られなかった。Tos-17挿入破壊株を用いて解析した結果、破壊株で亜鉛の集積が見られ、OsENA1が亜鉛の恒常性に関与している可能性があることを見出した。しかし、鉄欠乏及び十分条件下で破壊株と野生型の顕著な違いは見られなかった。今後、輸送活性の再測定などを行い、その遺伝子の機能を明らかにしたい。いくつかの金属輸送体について研究し、そのうち特にOsYSL16が銅の再転流に関わることを突き止め、Plant CeUに発表できた。今後は別の手法を駆使して、これら遺伝子の機能をさらに解明していきたい。植物の金属輸送に関わる新規遺伝子を同定するために、主にオオムギとイネを用いて以下のような成果を得た。1.マイクロアレイデータに基づいて、鉄欠乏により誘導される二つの遺伝子(HvMRP1とHvMRP2)に着目して詳細な解析を行った。RT-PCRで発現解析を行った結果、両遺伝子は主に根で発現し、鉄欠乏によって誘導されることを確認した。これらの遺伝子の機能を明らかにするために、RNAiラインを作成した。それぞれの遺伝子について独立した17ラインを得た。発現を調べた結果、著しく発現が抑制されたラインを得た。現在これらのラインの採種を行っている。2.YSLファミリーに属するイネのOsYSL16について機能解析を行った。OsYSL16は栄養成長期に根、葉及び基部節で発現し、生殖成長期には上位節で強く発現していた。OsYSL16の発現は鉄、銅、亜鉛、マンガン欠乏によってほとんど影響されなかった。抗体染色の結果、OsYSL16は主に節の篩部、葉の維管束周辺に局在していた。細胞内局在を調べたところ、OsYSL16は細胞膜に局在していた。OsYSL16遺伝子を破壊すると、古い葉のCuの濃度が増加し、新しい葉のCuの濃度が低下した。また銅欠乏の条件下で、破壊株の稔実歩合が著しく低下した。酵母にOsYSL16を発現させて、輸送基質を調べたところ、Cu-ニコチンアナミン錯体には輸送活性を示し、Cu-ムギネ酸及びFe-ニコチンアナミン錯体には輸送活性を示さなかった。これらの結果は、OsYSL16はCu-ニコチンアナミン錯体の古い葉から新しい葉への転流に機能していることを示している。

OsENA1は主に根で発現し、鉄欠乏によって強く誘導された。また発現量の日周性が見られなかった。Tos-17挿入破壊株を用いて解析した結果、破壊株で亜鉛の集積が見られ、OsENA1が亜鉛の恒常性に関与している可能性があることを見出した。しかし、鉄欠乏及び十分条件下で破壊株と野生型の顕著な違いは見られなかった。今後、輸送活性の再測定などを行い、その遺伝子の機能を明らかにしたい。オオムギのRNAiの作出に成功し、計画通りに進んでいる。いくつかの金属輸送体について研究し、そのうち特にOsYSL16が銅の再転流に関わることを突き止め、Plant CeUに発表できた。作出されたRNAiラインを用いて、機能解析を行い、該当遺伝子の機能を明らかにしていく必要がある。今後は別の手法を駆使して、これら遺伝子の機能をさらに解明していきたい。
火災による森林機能の低下機構とその再生過程を考慮した時系列ハザードマップの構築

本研究は,根系が斜面に与える影響を考慮したハザードマップの構築を最終目的とする.とくに,樹木の枯損/再生による時系列的な根系の損傷の変遷を考慮に入れた,時系列ハザードマップについて言及した.2002年岐阜林野火災,2004年福井豪雨を事例として,現地調査ならびに解析を行い,以下のような成果を得た.(1)衛星データの利用を想定した被災の程度について検討し,3段階の被災レベルを定義した.(2)岐阜林野火災について,設定した被災レベルに基づきTMやETM+から被災面積を計算した結果は現地調査結果とほぼ一致した.これらの結果は,災害対策本部が示した被災面積と大きく異なった.(3)LAI(葉面積指数)を樹冠の状態を示すものと考えた場合,樹冠はTMやETM+から得られるNDVI(正規化植生指標)によって推定できることを確認した.この関係(指数関係)は被災直後ならびに被災から数年後においても一定であることが判った.また,樹種を針葉樹に限定した場合,既往の研究成果と一致することが確認された.(4)樹冠樹種,樹高,樹齢樹密度,土層を入力とした根系推定の方法を提示した.ただし,現段階ではLPによるデータの補完が必要であることを問題点として示した.(5)根密度と土質定数との関係を大型一面せん断試験によって明らかにした.この結果,粘着力と根密度との間に有意な関係が見出された.内部摩擦角と根密度の間には有意な関係が見出せなかった.(6)根系の影響を考慮した斜面の安定解析を円弧すべり法,FEMによって行い,0.81%の根密度を有する場合,根系のない土層に比して約40%の安全率の向上が確認された.(1)現地調査(3月,5月,7月,8月の計4回実施)2002年4月に林野火災の発生した岐阜市権現山の現地調査を実施した.調査では,単位クオドラードを10m四方としたときの樹冠投影図,LAI(LAI2000法による),地形断面,表層の支持力等を求めた.支持力の測定についてはCASPOL(購入備品)を用いた.並行してCASPOLから根系(斜面安定の支配要素)を推定する方法についても検討した.(2)衛星データの解析現地調査時期に合わせて光学センサー画像(ETM+他)を購入する予定であったが,ETM+のセンサーの具合が悪く,このため,JSI(日本スペースイメージング)と共同研究契約を締結し,IKONOSの利用を検討することになった.JSIから提供を受けたIKONOS画像は2シーン(被災前の画像).被災後の画像については撮影が完了次第提供される段取りとなっている.(3)被災レベルの(初期)設定と分類処理被災の程度に応じた段階的なハザードマップ構築に必要な被災レベルを定めた.具体的には,林学の分野における定義(地表火,樹幹火,樹冠火等)と整合性が取れるかたちとした.このレベルに従って,ISODATA, NDVI等に基づく被災図を作成した.現地調査結果を基にLAI-NDVI関係についてまとめた.LAI-NDVI関係は樹種に依存することがこれまでの成果で示されていることから,樹種分類方法についても検討した.以上の結果,樹幹火までは衛星から把握できることが確認された.また,樹種判別が実施された対象については,NDVIから樹冠の状態を推定でき,樹冠情報を用いて再生過程を監視することが可能であることを示した.本研究は,根系が斜面に与える影響を考慮したハザードマップの構築を最終目的とする.とくに,樹木の枯損/再生による時系列的な根系の損傷の変遷を考慮に入れた,時系列ハザードマップについて言及した.2002年岐阜林野火災,2004年福井豪雨を事例として,現地調査ならびに解析を行い,以下のような成果を得た.(1)衛星データの利用を想定した被災の程度について検討し,3段階の被災レベルを定義した.(2)岐阜林野火災について,設定した被災レベルに基づきTMやETM+から被災面積を計算した結果は現地調査結果とほぼ一致した.これらの結果は,災害対策本部が示した被災面積と大きく異なった.(3)LAI(葉面積指数)を樹冠の状態を示すものと考えた場合,樹冠はTMやETM+から得られるNDVI(正規化植生指標)によって推定できることを確認した.この関係(指数関係)は被災直後ならびに被災から数年後においても一定であることが判った.また,樹種を針葉樹に限定した場合,既往の研究成果と一致することが確認された.(4)樹冠樹種,樹高,樹齢樹密度,土層を入力とした根系推定の方法を提示した.ただし,現段階ではLPによるデータの補完が必要であることを問題点として示した.(5)根密度と土質定数との関係を大型一面せん断試験によって明らかにした.この結果,粘着力と根密度との間に有意な関係が見出された.内部摩擦角と根密度の間には有意な関係が見出せなかった.(6)根系の影響を考慮した斜面の安定解析を円弧すべり法,FEMによって行い,0.81%の根密度を有する場合,根系のない土層に比して約40%の安全率の向上が確認された.
日震学に基づく太陽モデルの構築と太陽ニュートリノ絶対強度の決定

1)日震学により明らかになった太陽内部の音速分布の標準的太陽モデルの音速分布との相対的差を比べると、自転角速度に著しい遷移が見られるタコクラインと呼ばれる中心からおよそ0.65太陽半径付近で顕著な鋭いピークを持つ。日震学に基づく音速分布と密度分布と対流層底の位置を制限条件として、観測データに忠実な太陽内部モデルを作成することにより、タコクラインでの水素分布を定量的に求め、タコクラインで水素分布は、拡散の結果水素が輻射層上部で内側に向けて減少する標準的太陽モデルよりも、内側に向けて弱くしか減少していないことを明らかにした。この傾向は、輻射吸収係数や、状態方程式といった物理素過程の不確定性によっても変わることはない。日震学太陽モデルの作成に当たり、密度分布が観測と矛盾しない重元素の分布を色々試したが、タコクラインでの水素分布の結果は大きく変わることはないことも示された。音速分布の観測誤差は極めて小さいため、この観測誤差による影響も極めて小さい。この結果、タコクラインでの音速の標準的太陽モデルと実際の太陽の差は、物質の混合過程の有無の差から生じたものであり、実際の太陽では、タコクラインにおいて、何らかの物質混合過程が起きていると結論が得られた。2)最新のデータに基づいて決定した太陽内部音速分布と密度分布を高速条件として、日震学太陽モデルを構築した。そのモデルから予想されるニュートリノ・フラックスを諸量の不定性に基づく不定性も含めて計算し、実測値を比較した。サドバリューにおける実測値とスーパーカミオカンデの実測値を組合わせて、ニュートニノ振動を仮定して推測されるニュートリノ・フラックスは、この予想値と矛盾しない。また、アクシオンの存在を仮定して、同様のモデルを作り、ニュートリノ振動を仮定したニュートリノ・フラックスと矛盾しない条件から、アクシオンのパラメータに制限を加えた。太陽ニュートリノの観測値は、標準的恒星進化論に基づく太陽モデルの予想値よりも少ない。しかしながら、標準進化太陽モデルにはいくつかの欠点がある。仮定されている太陽の進化を確認する事は出来ないし、対流理論の不完全さを逆手に取って太陽の半径を再現するためのパラメーターとして扱っている。モデルの音速分布、密度分布が、日震学の観測による結果とは、きちんとは合っていない。1.そこで、日震学の音速分布を拘束条件とし、太陽内部の金属量分布を仮定する事によって、今現在の太陽モデルを直接作った。このモデルでは太陽の進化をたどったり、対流の計算をする必要が無い上、モデルは日震学音速分布にぴったり合っている。金属量分布は、モデルの密度分布が日震学密度分布に最も合うような分布を探した。その結果、日震学音速分布、密度分布に一致する、(ニュートリノ以外の)全ての観測事実を最も忠実に再現する太陽モデルを作ることに成功した。そのモデルから予想されるニュートリノフラックスを諸量の不定性に基づく不定性も含めて計算し、実測値と比較したが、太陽ニュートリノの観測値は、この日震学太陽モデルの予想値よりも有意に小さい値であった。2.太陽モデルへのインプットの一つである輻射の吸収係数を精密化するために、(i)吸収係数の計算に用いる原子物理データの精密化、及び(ii)元素組成を自由に変えて迅速にイオンの電離平衡状態を決定するソフトウェアの準備を試みた。(i)については、吸収係数計算において最も不定性が大きい要素である鉄などの多電子原子の低階電離イオンの、エネルギー準位、準位間の遷移確率を、Fock-Dirac方程式を数値的に自己無矛盾に解くルーチンの開発を行なった。(ii)については、天体物理学の他の分野に広く利用されているCloudyコードの設計方針を参考にして、計算コードの改良を重ねた。当計画研究の目的は、太陽ニュートリノ実験からニュートリノ振動パラメーターを決定する際に必要となる、精緻なる太陽モデルの構築とそれに基づく太陽ニュートリノフラックスの理論値の正確な決定と誤差の評価を行うことにある。これらの欠点を克服するモデルとして、最新の日震学太陽モデルを構築した。まず、モデルが金属量分布やその他の要因(例えば核反応率など)に対してどれだけ敏感なのか評価した。それを踏まえた上で、音速分布を拘束条件として、金属量分布を仮定して系統的に多数のモデルを作り、その中から、モデルの密度分布が日震学密度分布に最も合うような金属量分布を探した。そのモデルから予想されるニュートリノ・フラックスを諸量の不定性に基づく不定性も含めて計算し、実測値と比較したが、太陽ニュートリノの観測値は、この最も観測事実に忠実な日震学太陽モデルの予想値よりも有意に小さい値であった。サドバリーにおける実測値とスーパーカミオカンデの実測値を組み合わせて、ニュートリノ振動を仮定して推測される電子ニュートリノ・フラックスは、この予想値と矛盾しない。

また、アクシオンの存在を仮定して、同様のモデルを作り、ニュートリノ振動を仮定したニュートリノ・フラックスと矛盾しない条件から、アクシオンに関するパラメーターに制限を加えた。太陽ニュートリノの観測値は、標準的恒星進化論に基づく太陽モデルの予想値と比較されてきた。しかしながら、こういったモデルでは、仮定されている太陽の進化を確認する事は出来ないし、対流の効率と初期ヘリウム量をパラメーターとして扱っている。モデルの音速分布、密度分布も、日震学による結果とは、きちんとは合っていない。これらの欠点を克服するモデルとして、最新の日震学太陽モデルを構築した。日震学で決定された音速分布と密度分布を拘束条件とすれば、進化を追うことなく、現在の太陽内部構造を決めることが出来る。その際、外側の境界条件を対流層の底に課すが、太陽全体の質量を拘束条件に課していないために、モデルの全質量が太陽質量を満たさない可能性があった。今回は、最新の日震学データに基づく音速分布と密度分布を用いることによりで、この難を逃れ、日震学音速分布、密度分布に一致する、全ての観測事実を最も忠実に再現する太陽モデルを作ることに成功した。このモデルからニュートリノ・フラックスを計算し、実測値と比較したが、サドバリー及びスーパーカミオカンデの実測値にニュートリノ振動を仮定して推測されるフラックスは、この値と矛盾しない。モデル構築に関わる諸物理過程のうち、pp核反応の反応断面積の不定性が、ニュートリノ・フラックスの理論値の不定性の主たる原因であることを明らかにした。日震学太陽モデルでは、中心付近の音速と密度の二つが観測値により制限されているため、核反応の反応断面積の不定性が、進化論的太陽モデルの場合よりもニュートリノ・フラックスの不定性に大きく響く。これを逆手に取り、ニュートリノ・フラックスの観測値を拘束条件として、pp核反応の反応断面積の不定性に制限を加えた。また、アクシオンの存在を仮定して、ニュートリノ振動を仮定したニュートリノ・フラックスと矛盾しない条件から、アクシオンに関する制限を加えた。1)日震学により明らかになった太陽内部の音速分布の標準的太陽モデルの音速分布との相対的差を比べると、自転角速度に著しい遷移が見られるタコクラインと呼ばれる中心からおよそ0.65太陽半径付近で顕著な鋭いピークを持つ。日震学に基づく音速分布と密度分布と対流層底の位置を制限条件として、観測データに忠実な太陽内部モデルを作成することにより、タコクラインでの水素分布を定量的に求め、タコクラインで水素分布は、拡散の結果水素が輻射層上部で内側に向けて減少する標準的太陽モデルよりも、内側に向けて弱くしか減少していないことを明らかにした。この傾向は、輻射吸収係数や、状態方程式といった物理素過程の不確定性によっても変わることはない。日震学太陽モデルの作成に当たり、密度分布が観測と矛盾しない重元素の分布を色々試したが、タコクラインでの水素分布の結果は大きく変わることはないことも示された。音速分布の観測誤差は極めて小さいため、この観測誤差による影響も極めて小さい。この結果、タコクラインでの音速の標準的太陽モデルと実際の太陽の差は、物質の混合過程の有無の差から生じたものであり、実際の太陽では、タコクラインにおいて、何らかの物質混合過程が起きていると結論が得られた。
情報ネットワークにおける大規模知識処理のための超高速アルゴリズムの研究

本年度は,下記の課題に取り組んだ.(1)超高速知識獲得アルゴリズムの研究:数学的な距離尺度と計算量理論に基づいた新しいクラスタリング技法を提案した.我々は,このクラスタリング技法の数学的な意味を明らかにするとともに,本手法を英語および日本語のテキスト語彙のクラスタリングに適用し,実際に人間の感覚に近い語彙集合に分類されることを示した.さらに,ノイズがあるデータに対しても頑健に動作するアルゴリズムを開発し,その効果を実験的に示した.(2)環境履歴と利用者対話を用いた自律・適応的な知識発見手法の研究:対話的機械学習の効率に関する計算量が,決定的モデルと確率的モデルでは本質的に異なるという性質を世界で初めて見出し,これを理論的に明らかにした.(3)ZBDDに基づく大規模知識索引の研究:ZBDDを用いてパターンとデータを効率よく主記憶上に格納し,FP-growth(Han等)やLCM(Uno, Kiyomi and Arimura)などの高速パターン発見アルゴリズムをZBDD上に実装した.これにより,本手法が大規模知識索引を用いた高速知識獲得システムの構築のための要素技術として利用できることを実証した.(4)知的情報検索における高速情報検索技術の研究:高速な情報検索のための索引データ構造として用いる接尾字木を一定の制約条件下で効率よく生成するアルゴリズムを開発した.(5)開放分散環境における高度知識処理のためのプライバシー保護機構の研究:暗号化されたデータベースからの高速なキーワード検索アルゴリズムの検討を行い,現在の一般的なアルゴリズムでは,キーワード数nに対してO(n)の検索時間を要している問題に対して,現実的に実装可能なアルゴリズムでは初めて検索時間をO(n/2^m)にできる可能性を見出した.本年度は,下記の課題に取り組んだ.(1)超高速知識獲得アルゴリズムの研究:数学的な距離尺度と計算量理論に基づいた新しいクラスタリング技法を提案した.我々は,このクラスタリング技法の数学的な意味を明らかにするとともに,本手法を英語および日本語のテキスト語彙のクラスタリングに適用し,実際に人間の感覚に近い語彙集合に分類されることを示した.さらに,ノイズがあるデータに対しても頑健に動作するアルゴリズムを開発し,その効果を実験的に示した.(2)環境履歴と利用者対話を用いた自律・適応的な知識発見手法の研究:対話的機械学習の効率に関する計算量が,決定的モデルと確率的モデルでは本質的に異なるという性質を世界で初めて見出し,これを理論的に明らかにした.(3)ZBDDに基づく大規模知識索引の研究:ZBDDを用いてパターンとデータを効率よく主記憶上に格納し,FP-growth(Han等)やLCM(Uno, Kiyomi and Arimura)などの高速パターン発見アルゴリズムをZBDD上に実装した.これにより,本手法が大規模知識索引を用いた高速知識獲得システムの構築のための要素技術として利用できることを実証した.(4)知的情報検索における高速情報検索技術の研究:高速な情報検索のための索引データ構造として用いる接尾字木を一定の制約条件下で効率よく生成するアルゴリズムを開発した.(5)開放分散環境における高度知識処理のためのプライバシー保護機構の研究:暗号化されたデータベースからの高速なキーワード検索アルゴリズムの検討を行い,現在の一般的なアルゴリズムでは,キーワード数nに対してO(n)の検索時間を要している問題に対して,現実的に実装可能なアルゴリズムでは初めて検索時間をO(n/2^m)にできる可能性を見出した.
汗・指紋制御に基づく極小把持力把持術の開拓

ロボットが扱う対象は“乾燥"していることが暗黙の前提であったが,実際には,食品,台所用品,工業用部品,臓器など液体にまみれている物体も数多く存在する.そこで,濡れていても乾燥していても安定把持が可能なシステムを目指し,ロボットハンド用皮膚テクスチャを開発した.そこで得られた知見をもとに,本研究では,表面のテクスチャや液膜を上手く活用して,表面摩擦を操ることで,物体把持・放出を実現する新しい物体把持の方法論の確立にトライする.平成30年度は,物体把持・リリースを実現する手法とそのシステム実現に挑んだ.安定した物体把持のためには,ロボットハンド表面が滑りにくいことが重要である.シリコーンなどの柔軟素材は,滑りにくさと物体へのなじみやすさから高い安定性を実現可能なため,表面やハンド自体の素材として使用されることが多い.しかし日常生活において,特に狭い隙間に手を挿入するなどの場面では,滑りにくい表面はスムーズな動作の妨げとなる.滑りやすくスムーズななぞり動作が可能な表面を持つハンドもまた必要とされている.よって本研究では,柔軟指の利点を残し尚且つ接触表面の摩擦をコントロールできるロボットハンドの開発を目指す.その第一歩として,乾潤両状態で高摩擦を得られる表面構造(テクスチャ)と,潤滑作用を利用した摩擦低減機構を組み合わせ,能動的に摩擦を低減できる流体指を開発した.乾潤両状態における摩擦低減機構の効果を実験から検証した,加えて開発した指を二本並行に有するグリッパーを作成し,把持・手放し動作に対する有効性を示した.乾潤両状態で高摩擦を得られる表面構造(テクスチャ)と,潤滑作用を利用した摩擦低減機構を組み合わせ,濡れていても乾いていても能動的に摩擦を制御できる流体指を開発しその有効性を示せたため.平成31年度は,開発したシステムは指が平面である場合のみ,その機能を検証したにとどまっている.様々な実際の作業に使用できるような構造には至っていない.この点を鑑み,本システムを搭載したロボットハンドシステムの実現に取り組む.加えて,全ての場合について機能を検証していないため,より様々なケースにて本システムが有効であるかどうかを検証する.ロボットが扱う対象は“乾燥"していることが暗黙の前提であったが,実際には,食品,台所用品,工業用部品,臓器など液体にまみれている物体も数多く存在する.そこで,濡れていても乾燥していても安定把持が可能なシステムを目指し,ロボットハンド用皮膚テクスチャを開発した.そこで得られた知見をもとに,本研究では,表面のテクスチャや液膜を上手く活用して,表面摩擦を操ることで,物体把持・放出を実現する新しい物体把持の方法論の確立にトライする.平成30年度は,物体把持・リリースを実現する手法とそのシステム実現に挑んだ.安定した物体把持のためには,ロボットハンド表面が滑りにくいことが重要である.シリコーンなどの柔軟素材は,滑りにくさと物体へのなじみやすさから高い安定性を実現可能なため,表面やハンド自体の素材として使用されることが多い.しかし日常生活において,特に狭い隙間に手を挿入するなどの場面では,滑りにくい表面はスムーズな動作の妨げとなる.滑りやすくスムーズななぞり動作が可能な表面を持つハンドもまた必要とされている.よって本研究では,柔軟指の利点を残し尚且つ接触表面の摩擦をコントロールできるロボットハンドの開発を目指す.その第一歩として,乾潤両状態で高摩擦を得られる表面構造(テクスチャ)と,潤滑作用を利用した摩擦低減機構を組み合わせ,能動的に摩擦を低減できる流体指を開発した.乾潤両状態における摩擦低減機構の効果を実験から検証した,加えて開発した指を二本並行に有するグリッパーを作成し,把持・手放し動作に対する有効性を示した.乾潤両状態で高摩擦を得られる表面構造(テクスチャ)と,潤滑作用を利用した摩擦低減機構を組み合わせ,濡れていても乾いていても能動的に摩擦を制御できる流体指を開発しその有効性を示せたため.平成31年度は,開発したシステムは指が平面である場合のみ,その機能を検証したにとどまっている.様々な実際の作業に使用できるような構造には至っていない.この点を鑑み,本システムを搭載したロボットハンドシステムの実現に取り組む.加えて,全ての場合について機能を検証していないため,より様々なケースにて本システムが有効であるかどうかを検証する.
Optogeneticsによる神経変性疾患モデルの作製と治療研究

本研究では複数の光感受性タンパクを活用して、optogeneticsによる遺伝子発現やタンパク活性の変化を、時間的・空間的に厳密に制御することに挑む。またこの技術を疾患研究に活用するため、我が国で最大の失明原因である緑内障について、ヒトと同様の視野障害パターンを再現した画期的な疾患モデルの開発を行う。我々はグルタミン酸輸送体の1つであるGLASTの欠損マウスは、正常眼圧緑内障の疾患モデルとなることを報告している。さらにゲノム編集技術によってGLAST floxマウスの作製を完了しており、AAV-Creを投与することにより、GLAST発現が消失することを確認した。今後は光照射によって活性化するAAV-Creを用いて、光刺激によってGLAST欠損が誘導できるかを検討する予定である。一方、GLAST KOマウスに活性型TrkBベクター(AAV2-TrkB)を投与した結果、網膜神経節細胞死が強く抑制されることを確認した。同ベクターは緑内障の進行を抑制できる可能性がある。現在は光刺激によって活性型TrkBが発現するベクターを開発中である。さらに本年度はこれまでに世界的に使用されてきた緑内障モデル動物について、その特徴や活用法を含めた総説を発表した。人工的な高眼圧モデル、遺伝子改変マウス、霊長類モデル等を網羅した上で、我々自身が活用、あるいは開発してきたモデルや、それらを用いた最近の研究成果についても総括を行なった。光照射によって活性化するAAV-Creが完成しており、optogeneticsによる領域特異的網膜変性と神経保護研究の両者について、すでにその前段階まで到達している。活性型TrkBの発現を光刺激によって誘導するAAVベクターの構築を終えており、今後は光刺激の条件検討へ進む。同ベクターを緑内障モデルマウスや視神経挫滅モデルに投与して、神経軸索の再生効果を検討する。再生軸索の検出には3Dイメージ解析を取り入れる他、上丘からFluoro-goldを投与する新たな定量化法を検討する。(理由)物品費や旅費などの研究経費の節約に努めた結果、わずかながらその成果が現れ、次年度使用額が生じたものである。(使用計画)次年度経費に組み入れて、特に物品費として使用予定である。
先進医療を推進するための感染症迅速診断法の確立と診療介入

感染症診断のための検査法は日々進歩しており、遺伝子検査をはじめとした迅速診断法は日常診療でも応用されるようになった。しかし、感染症が重症化しうる免疫不全患者ほどさまざまな原因微生物を想定する必要があるにもかかわらず、多くの感染症で「なにを、どのような患者に検査すべきか」という、検査の標準化が遅れている。本研究では、確定診断が困難でかつ重症化が問題となる「A. Clostridium difficile関連腸炎を代表とした院内下痢症B.免疫不全者の肺炎C.侵襲性真菌症」において、遺伝子検査法を含む迅速診断法を用いた検査のアルゴリズムを作成した。本研究では、確定診断が困難でかつ重症化が問題となる「A. Clostridium difficile関連腸炎を代表とした院内下痢症B.免疫不全者の肺炎C.侵襲性真菌症」において、遺伝子検査法を含む迅速診断法を用いた検査のアルゴリズムを作成し、医療の質を向上させることを目的としている。今年度はリアルタイムPCRの系の確立をめざし、プライマーとプローブの設計とvalidation、実際に臨床検体を用いた検討を開始した。A. C. difficile関連腸炎ならびにB.免疫不全者の肺炎についてはリアルタイムPCRの系が完成し、Aについては国内学会で成果を公表した。また、Bについては、冷凍保存された臨床検体を用いた検討で、既存法と同等の感度・特異度を有し、検出にかかる時間を約半分にすることが可能であることを確認した。また、今後の検討のため臨床検体の冷凍保存を行った。Cについては、βDグルカン採血管より自動抽出器を用いて真菌DNAを抽出する方法と真菌DNAを同定するPCR法について検討した。コスト・時間・効率の点から、最も優れた方法を選定中である。また、今後の検討のため検体を冷凍保存した。A. C. difficile関連腸炎ならびにB.免疫不全者の肺炎に関してはリアルタイムPCRの系gが確立されたため、診療科からの要望に応じた臨床応用を開始している。コマーシャルベースで行われている検査との検査結果の乖離があるか否かの検討を今後行う予定である。C.侵襲性真菌症の早期診断にかかわる検討に関しては、血清からのDNA抽出からPCRまでの系を作成中である。課題A,Bについては臨床応用を開始している。課題Cについても当初の計画とほぼ同様である。(A. Clostridium difficile関連腸炎を代表とした院内下痢症)C. difficile関連腸炎のリアルタイムPCRの系が完成し、国内学会で成果を公表した。また、京都大学医学部附属病院検査部に提出された検体を用いたvalidationも行い、2017年よりルーティン検査としての運用を開始した。(B. Pneumocystis jirovecii肺炎ならびにCytomegalovirus肺炎の迅速診断)PneumocystisとCytomegalovirusについて全自動遺伝子検出装置(BDMAX)を用いた定量リアルタイムPCR検出系の新規構築を行った。京大病院においてPCPが疑われ、胸部画像診断で新規の陰影を呈した免疫抑制患者285例を対象として性能評価を行った。当該法は、対象患者の呼吸器検体を用いた検討で、既存法とほぼ同等の感度・特異度を有し、検出にかかる時間を約半分にすることが可能であった。(C. 1ー3βDグルカンならびに核酸PCR法を用いた侵襲性真菌症の早期診断)深在性真菌症が疑われ、βDグルカンが陽性となった患者の血液検体を用いてPCR法により真菌の同定が可能か検討した。深在性カンジダ症28例の検討により、βDグルカン陰性患者においてもPCR法による検出が可能な場合があることが明らかとなり、迅速かつ菌種同定が可能なPCR法の診断的有用性が示唆された。研究テーマのうち、A. C. difficile関連腸炎ならびにB.免疫不全者の肺炎(Pneumocystis肺炎とサイトメガロウイルス肺炎)については、新規構築した検査系は、実際に検査室で用いるレベルにまで到達している。また、今後、新規開発するアルゴリズム評価に必要な検体も前向きに収集できている。C. 1ー3βDグルカンならびに核酸PCR法を用いた侵襲性真菌症の早期診断に関しても、当初の計画通り進行している。全血からの菌体抽出、真菌破砕、自動抽出器を用いたDNA抽出までのステップを確立し、これを用いてPCRおよびDNAシークエンスによる真菌同定が可能となった。平成28年度は最終年度にあたるため、迅速診断法が検査部で行えるような体制をととのえるとともに、それぞれの疾患に関して、診断アルゴリズムの確立をする。

平成28年度中に可能な限りルーティン検査としての運用を開始し、運用上の問題点などを明らかにする予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。感染症平成27年度にはA. C. difficile関連腸炎ならびにB.免疫不全者の肺炎の迅速診断については、実際に検査部での運用開始を目標としている。実際に検査室に全自動検査機器を設置し、ルーチン業務として急性肺炎を呈した免疫抑制者の気道検体からの迅速検査を行う。これまで保存してあった検体の測定も行い、臨床情報と併せて解析し、診断アルゴリズムを作成する。また、この検査フローの導入による迅速診断の効果を判定する予定である。C.侵襲性真菌症の早期診断に関しては、保存された検体と前向きに収集する血液を用いて、遺伝子検査を行う。これにより、侵襲性真菌症患者でのβDグルカン検査の感度特異度を明らかにするとともに、BDG陽性患者のうち、偽陽性患者の割合を明らかにする。また、臨床情報を解析し、血液培養・BDG・真菌DNA検出・抗原検査の4つの検査法の比較検討を行い、診断アルゴリズムを作成する予定である。端数が残ったため。端数が残りました。次年度の消耗品代に繰り越します。
心臓病と腎臓病の臓器間相互作用（心腎連関）を制御する分子機構の解明と新規治療戦略

腎臓の集合間上皮細胞が腎臓の炎症を惹起するために重要な細胞であることを初めて見出した。その機序として転写因子KLF5は定常状態ではCdh1遺伝子を転写調節しているが、腎臓ストレス時には、S100A8, S100A9を誘導し、炎症性マクロファージを骨髄から腎臓へリクルートすることによって腎臓の炎症が惹起されることを見出し、Journal of Clinical Investigationに発表した。腎臓が心不全の発症にどのように関わっているか検討するため、昨年度腎臓由来の因子Xが重要であり、心臓内の様々な細胞種に影響を与え、心不全が生じないような恒常性維持機構があることを明らかとした。さらに、この因子Xの分泌様式を検討するために、様々な腎臓に対する刺激を行ったところ、この因子Xを分泌させる上流の刺激Aおよびその受容体Bを同定した。受容体Bの細胞内シグナルが転写因子Cをクロマチン上に誘導し、因子Xの分泌が生じることを同定した。さらに、因子Xが心臓の細胞種に対して、どのような影響を生じさせているか検討するため、心臓内の各種細胞種をセルソーターで分離し、遺伝子発現を解析したところ、心臓の複数の細胞間の相互作用が、心臓の恒常性維持機構に重要であり、その内の一つでも機能異常に陥ると心不全が発症するという新しい心不全発症のメカニズムを同定した。本研究計画では、心血管疾患と慢性腎疾患(CKD)の背景にある心臓と腎臓の臓器間相互作用(心腎連関)を制御する分子機構について、転写因子Klf5のネットワークに着目して解析した。また、解明された分子機構に介入することにより、心不全と慢性腎臓病、動脈硬化性疾患への新規治療法を開発することを目的とした。転写因子Klf5は腎臓集合間上皮細胞に特異的に発現しており、定常状態では構造蛋白であるカドヘリン1遺伝子の発現を正に調節していた。しかし、腎臓にストレスがかかるとKlf5は標的遺伝子を変更し、S100A8, S100a9などの炎症性分泌蛋白を正に転写するようになる。この結果、S100a8, S100a9は腎臓内に分泌され、炎症性マクロファージを腎臓に呼び込むことによって、組織炎症が生じることを明らかとした。以上の結果から、これまで腎臓の炎症は腎臓糸球体を構成する細胞や尿細管を中心とする惹起機序が多数報告されているが、腎臓集合管上皮細胞が関与していることを初めて明らかとした。転写因子Klf5の集合管上皮細胞における働きをin vivoクロマチン免疫沈降法を用いて詳細に検討すると、転写因子Klf5は安定時はカドヘリン1遺伝子のプロモーター領域に結合しているが、腎臓のストレスによって、その結合が消失し、Cebpaのpromoter領域に結合し、C/ebpaが誘導され、Klf5とC/ebpaは両者ともに、S100a8, S100a9のプロモーター領域に同時に結合し、協調的にS100a8, S100a9を誘導していた。S100a8, S100a9はヘテロダイマーを形成し、骨髄や脾臓から腎臓内へ炎症性単球をリクルートし、腎臓内で炎症性マクロファージに分化するのみ十分であることを明らかとした。さらに、リクルートされた炎症性マクロファージは主にIl-1bの産生を介して、腎臓尿細管細胞のアポトーシスを生じさせることによって、腎臓炎症を惹起していることを明らかとした。また、腎臓由来の因子Xが心臓の恒常性維持に重要である結果を得た。本研究計画では、心血管疾患と慢性腎疾患(CKD)の背景にある心臓と腎臓の臓器間相互作用(心腎連関)を制御する分子機構について、転写因子KLF5のネットワークに着目して解明し、解明された分子機構に介入することにより、心不全と慢性腎臓病、動脈硬化性疾患への新規治療法を開発することを目的としている。昨年度、集合管特異的KLF5ノックアウトマウスに心不全モデル、心筋繊維化モデルを作成し、野生型マウスと比較すると、心臓の繊維化、肥大、心不全の程度、生存率に差異が認められた。このことから、集合管上皮細胞は心臓に対して保護的に働いていると考えられた。次に、どのような分子が、腎臓の心臓への保護的役割を果たしているか同定するため、腎臓のRNA sequence, ChIP sequence,血液中のタンパク網羅的検索、培養集合管上皮細胞の培養上清中のタンパクの網羅的検索から、因子Xを同定した。この因子Xは心不全時に腎臓から分泌され、心臓に作用し心臓に対して保護的に働いていることを同定した。この分子の作用は最終的に心筋肥大、心臓の繊維化を惹起するが、この心肥大や繊維化は心不全に対する適応現象として必要な変化であると結論づけた。次に、この同定した分子は心不全の新規治療法に使用できるかどうか検討した。腎臓集合管特異的KLF5ノックアウトマウスは、この分子Xの分泌が低下しているため、心不全を容易に惹起する。しかし、因子Xをこの心不全に問うよする補充実験をおこなうと、心臓の肥大、繊維化が回復し、心負荷に対する適切な適応現象が生じるようになり、生存率が回復した。