hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地中海型奴隷制度の史的展開とその変容－隷属の多様性をめぐる比較史的研究

これらの一環として、平成29年11月にはUCLA名誉教授オルパース氏を招聘して、本課題主催の国際ワークショップBonded Migration and Identity in the Indian Ocean World, 18th-20th Centuryを開催した。このワークショップにおいて、清水が「地中海型奴隷制度」研究の意義を述べるとともに、オルパース氏、重松伸司氏(名古屋大学)、鈴木英明氏が、それぞれインド洋の奴隷制と文化の伝播、インドー東南アジア間の隷属民の移住、近代イランの逃亡奴隷に関する報告を行い、国際的、世界史的視野における奴隷制度・隷属の諸類型についての意見交換を行うことによって、地中海的奴隷制度論の有効性を検証した。これらの研究によって本課題研究においては、研究者間において奴隷制と隷属に関わる問題意識を共有し、その論点の整理を行うなど、国際的な奴隷・隷属民研究をすすめ、その成果は、国内外の学術雑誌その他に論文および著作として発表した初年度として研究の基盤を着実に整えるとともに、各地域・社会における奴隷制度のあり方の研究を開始し、その事例における基本的な構造を、研究目的に沿った形で提出した。その成果は、国際シンポジウムを含む3回の研究会で報告がなされたほか、学術論文、研究集会報告といったかたちでも発表し、国内だけでなく国際的にも積極的な問題的を行った。また、弘末雅士氏(立教大学)を研究代表とする基盤A課題「近代移行期の港市と内陸後背地の関係に見る自然・世界・社会観の変容」や上田信(立教大学)研究代表とする基盤A課題「渡海者のアイデンティティと領域国家:21世紀海域学の史学的展開」と連携することにより、地中海型奴隷制度研究の枠組みを海域史研究の連動させて展開することが可能となり、より広範な地域・時代の研究動向と本課題の連携を図ることが可能なった。これらの結果、平成30年度史学会大会において、大会本部のオファーにより、本課題を中心としたシンポジウム「「奴隷」と隷属の世界史(仮題)」開催することとなり、そのための準備を開始した。以上により、本研究は順調に進展している判断できる。本研究課題は、地中海型奴隷制度の概念を中心に、そのその実態と、歴史学概念としての有効性を検証しつつ、世界史上における多様な奴隷制度・隷属制度の比較研究を行うものである。この目的に照らして、第2年度(平成30年度)においては、当初の設定に従って中世イスラーム社会、ポルトガル海洋帝国、アフリカ・インド洋海域、ブラジル、アメリカにおける奴隷制度・隷属制度について、地中海型奴隷制度論の構想に照らしてその類型的な特徴を明らかにし、他地域の比較を進めた。特に、本年度は近代における各地の奴隷制度が、地中海型奴隷制度との接触の中でいかに変容・発展し、また消失していくかに焦点をあて、前近代のあり方と比較しつつ検討を行った。これらの一環として、平成30年11月には史学会大会における公開シンポジウム「「奴隷」と隷属のの世界史」を、本科研プロジェクトを中心として開催した。この進歩し有無においては、研究代表清水が地中海型奴隷制度論を提唱する問題提起を行い、研究分担者である鈴木英明、貴堂嘉之が報告を、松井洋子、鈴木茂がコメントを行った。
ハイドロゲルと生体吸収性セラミックスを用いた多剤徐放が可能な骨置換型人工骨の開発

平成30年度は,生体吸収性バイオマテリアルとBone Morphogenetic protein(BMP)との複合化,および,生体吸収性バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化による骨置換型人工骨の創製を行い,これらの複合体の移植実験を行った.生体吸収性バイオマテリアルとBMP-2との複合化:リン酸カルシウム(Cp)系バイオマテリアルにBMP-2溶液を滴下含浸させて吸着させ,凍結乾燥させたCp-BMP複合体を作製した.BMP-2濃度は5, 50マイクログラム/mlとし,顆粒径は300ー600,600ー1000マイクロメートルの2種類として複合体を作製した.それぞれ作製したCp-BMP複合体をX線回折(XRD)およびフーリエ変換赤外分光分析(FT-IR)で解析した.Cp-BMP複合体のラット背部皮下への移植:異所性骨形成の評価を目的に,作製したCp-BMP複合体をラット背部皮下へ移植した.生体吸収性バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化による骨置換型人工骨の創製:Cp系バイオマテリアルとコラーゲン(Col)溶液を混和し,チューブに充填した後,凍結乾燥し,円柱状のCp-Col複合体を作製した.Col濃度は1,2,3%とし,顆粒径は300ー600,600ー1000マイクロメートルの2種類として複合体を作製した.また,CpとColの重量比は50,65,80 wt%とした.さらに,作製したCp-Col複合体に熱架橋を行って安定化させた.それぞれ作製したCp-Col複合体をX線回折(XRD)およびフーリエ変換赤外分光分析(FT-IR)で解析した.Cp-Col複合体のウサギ頭蓋骨への移植:作製したCp-Col複合体をウサギ頭蓋骨に,径7mmの骨欠損を作成し,移植した.本研究では,ハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとを複合化し,さらにこの複合体にFGFやBMP,SDF-1といった異なる成長因子を吸着させることで,多剤徐放性の骨置換型人工骨を創製する予定である.リン酸カルシウム(Cp)系バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化は,おおむね順調に進んでいる.複合体作製において,コラーゲンの濃度,Cpの顆粒径,Cpとコラーゲンの重量比についての至適条件を検討した結果,Col濃度は3%,CpとColの重量比は50 wt%,65 wt%が適していると考えられた.また,コラーゲンの熱架橋の影響についても検討を行ったが,熱架橋により,複合体の操作性が改善した.CpとBone Morphogenetic protein (BMP)との複合化も,おおむね順調に進んでいる.CpにBMP-2溶液を滴下含浸させて吸着させ,凍結乾燥させたCp-BMP複合体を作製した.BMP-2濃度は5, 50マイクログラム/mlとし,顆粒径は300ー600,600ー1000マイクロメートルの2種類として複合体を作製した.これら複合体の動物への移植実験を行ったが,その評価はまだできていない.今のところ,Cp系バイオマテリアルと複合化できている成長因子はBMP-2だけであり,その他のFGFやSDF-1といった成長因子との複合化ができていない.また,多剤徐放を目的としたハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとの複合化もできていない.本研究では,ハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとを複合化し,さらにこの複合体にFGFやBMP,SDF-1といった異なる成長因子を吸着させることで,多剤徐放性の骨置換型人工骨を創製する予定である.リン酸カルシウム(Cp)系バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化は,おおむね順調に進んでいる.CpとBMPとの複合化も,おおむね順調に進んでいる.ラット背部皮下へのCp-BMP複合体移植実験,および,ウサギ頭蓋骨へのCp-Col複合体移植実験の評価ができていないので,マイクロCTによる評価,および組織学的評価を行っていく.今のところ,Cp系バイオマテリアルと複合化できている成長因子はBMP-2だけであり,その他のFGFやSDF-1といった成長因子との複合化ができていない.これらの成長因子との複合化を行う.また,多剤徐放を目的としたハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとの複合化ができていないので,至適条件の検討を行う.平成30年度は,生体吸収性バイオマテリアルとBone Morphogenetic protein(BMP)との複合化,および,生体吸収性バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化による骨置換型人工骨の創製を行い,これらの複合体の移植実験を行った.生体吸収性バイオマテリアルとBMP-2との複合化:リン酸カルシウム(Cp)系バイオマテリアルにBMP-2溶液を滴下含浸させて吸着させ,凍結乾燥させたCp-BMP複合体を作製した.BMP-2濃度は5, 50マイクログラム/mlとし,顆粒径は300ー600,600ー1000マイクロメートルの2種類として複合体を作製した.それぞれ作製したCp-BMP複合体をX線回折(XRD)およびフーリエ変換赤外分光分析(FT-IR)で解析した.Cp-BMP

複合体のラット背部皮下への移植:異所性骨形成の評価を目的に,作製したCp-BMP複合体をラット背部皮下へ移植した.生体吸収性バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化による骨置換型人工骨の創製:Cp系バイオマテリアルとコラーゲン(Col)溶液を混和し,チューブに充填した後,凍結乾燥し,円柱状のCp-Col複合体を作製した.Col濃度は1,2,3%とし,顆粒径は300ー600,600ー1000マイクロメートルの2種類として複合体を作製した.また,CpとColの重量比は50,65,80 wt%とした.さらに,作製したCp-Col複合体に熱架橋を行って安定化させた.それぞれ作製したCp-Col複合体をX線回折(XRD)およびフーリエ変換赤外分光分析(FT-IR)で解析した.Cp-Col複合体のウサギ頭蓋骨への移植:作製したCp-Col複合体をウサギ頭蓋骨に,径7mmの骨欠損を作成し,移植した.本研究では,ハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとを複合化し,さらにこの複合体にFGFやBMP,SDF-1といった異なる成長因子を吸着させることで,多剤徐放性の骨置換型人工骨を創製する予定である.リン酸カルシウム(Cp)系バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化は,おおむね順調に進んでいる.複合体作製において,コラーゲンの濃度,Cpの顆粒径,Cpとコラーゲンの重量比についての至適条件を検討した結果,Col濃度は3%,CpとColの重量比は50 wt%,65 wt%が適していると考えられた.また,コラーゲンの熱架橋の影響についても検討を行ったが,熱架橋により,複合体の操作性が改善した.CpとBone Morphogenetic protein (BMP)との複合化も,おおむね順調に進んでいる.CpにBMP-2溶液を滴下含浸させて吸着させ,凍結乾燥させたCp-BMP複合体を作製した.BMP-2濃度は5, 50マイクログラム/mlとし,顆粒径は300ー600,600ー1000マイクロメートルの2種類として複合体を作製した.これら複合体の動物への移植実験を行ったが,その評価はまだできていない.今のところ,Cp系バイオマテリアルと複合化できている成長因子はBMP-2だけであり,その他のFGFやSDF-1といった成長因子との複合化ができていない.また,多剤徐放を目的としたハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとの複合化もできていない.本研究では,ハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとを複合化し,さらにこの複合体にFGFやBMP,SDF-1といった異なる成長因子を吸着させることで,多剤徐放性の骨置換型人工骨を創製する予定である.リン酸カルシウム(Cp)系バイオマテリアルとコラーゲンとの複合化は,おおむね順調に進んでいる.CpとBMPとの複合化も,おおむね順調に進んでいる.ラット背部皮下へのCp-BMP複合体移植実験,および,ウサギ頭蓋骨へのCp-Col複合体移植実験の評価ができていないので,マイクロCTによる評価,および組織学的評価を行っていく.今のところ,Cp系バイオマテリアルと複合化できている成長因子はBMP-2だけであり,その他のFGFやSDF-1といった成長因子との複合化ができていない.これらの成長因子との複合化を行う.また,多剤徐放を目的としたハイドロゲルマイクロ粒子と生体吸収性リン酸カルシウムセラミックスとの複合化ができていないので,至適条件の検討を行う.
オルガノイド技術を用いた大腸がん浸潤・転移機構の解明

がんの浸潤・転移機構は依然として不明であり,その治療方法に結びついていない。我々は,55ラインのヒト大腸腫瘍オルガノイドを樹立し,その遺伝子変異・発現変化と細胞生物学的な形質の変化への相関性を追求し,これまで困難であったGenotype-Phenotype連関を研究するプラットフォームを構築した。さらに,CRISPR-Cas9によるゲノム編集技術をがんオルガノイドへ応用することにより,プロスペクティブな遺伝子変異や遺伝子機能操作による細胞機能解析が可能となった。本研究により大腸がんの悪性度を規定する形質変化,特に浸潤・転移のメカニズムを追及する研究基盤が確立したといえる。切除不能大腸がんは近年の化学療法の進歩により治療成績が向上しているが,依然としてがん死亡原因の上位にある.本研究は,大腸がんの予後を左右する浸潤・転移のメカニズムを,申請者らが開発したオルガノイド技術により追及する.我々は,ゲノム編集技術をヒト大腸オルガノイドに応用し,自在な遺伝子変異導入を行うことが可能になった.本技術により,これまで未解明である,大腸がんの浸潤・転移メカニズムの分子遺伝学的研究基盤を構築する.様々な組織型・臨床ステージの大腸腫瘍から55ラインのヒト大腸腫瘍オルガノイドを作製し,網羅的な遺伝子変異解析,遺伝子発現解析を行った.また,異種移植により,患者腫瘍病理表現型がオルガノイド移植動物モデルで再現できることを実証した.臨床ステージや原発・転移巣由来の相違にて遺伝子発現データの有意な変化はPCAまはたクラスタリング解析により検出できなかった.しかしながら,異種移植モデルは患者腫瘍の浸潤・転移能を反映しており,オルガノイドが悪性転化に伴う臨床表現型を保持していることがわかった.これらの成果はCell Stem Cellに報告し,論文受理されている(Fujii et al. Cell Stem Cell in press).研究計画は計画以上に進んでいるといえる.切除不能大腸がんは近年の化学療法の進歩により治療成績が向上しているが,依然としてがん死亡原因の上位にある。大腸がんによる死亡原因の多くはがんの浸潤・転移による体内の腫瘍量増大にあるといえる。一方,我々は,未だがんの浸潤・転移の完全な理解には至っておらず,その治療方法に結びついていない。特に,臨床で認められるがんの浸潤・転移を擬似化するモデルシステムがなく,そのメカニズム解明の足かせとなっている。我々は,患者由来大腸がんをin vitroで培養することができるオルガノイド培養技術を開発し,また,その超免疫不全マウスへの異種移植による浸潤・転移現象のモデル化に成功した。特に,転移巣由来のがんオルガノイドは異種移植系でも転移能を保持しており,がんの機能形質理解に極めて有用なモデルであることが示された。様々な基礎研究に応用が可能な技術であり,今後の社会への高い波及効果が期待される。研究は計画以上に進んでおり,また,当該研究室でこれまでに蓄積されたオルガノイド技術のノウハウを有効利用することにより,今後も順調に研究を推進できると考えている.これまでの研究で,オルガノイドの臨床表現型の保持能を実証できた.ただし,表現型解析には異種移植モデルを用いねばならず,今後はより詳細な遺伝子発現解析系とin vitro培養系の構築により,よりスループットの高い解析系の確立を目指す.消化器内科学
バイオ質量分析イオン化法の開発と応用展開

本研究は、山梨大学で開発した探針エレクトロスプレー(PESI)のメカニズム解明とPESIの医学・農学への応用を目指すものであり、世界最先端の技術開発に成功し、世界トップクラスの国際誌に論文が掲載された。以下に研究成果について述べる。1. PESIの動作メカニズムの解明:質量分析イオン化法における最大の課題はsuppressioneffectの低減にある。PESIはこれまでに開発されたイオン化法のなかで最もsuppression effectが小さい手法である。この機構発現の原理解明のために、塩や界面活性剤を含む試料のPESIマススペクトル測定を広範に行い、エレクトロスプレーによってわずか数nmの過剰電荷層が剥ぎ取られて同一符号からなる帯電液滴がスプレーされることを明らかにした。この特異的優位性はPESIにおける断続的試料採取法から生まれた。2. Sheath-flow/PESIの開発:高電圧を印加した金属探針をプラスチックキャピラリーに挿入し、キャピラリーへ溶媒送液し、試料表面へ探針先端を接触させることで試料の溶媒抽出とイオン検出を行う手法の開発を行った。これにより、PESIの乾燥試料への応用が可能となった。3,凍結試料分析法の開発:微量試料を探針先端に採取後、これを凍結し、質量分析する方法として、SPA (solid pro beassisted)/nanoESIを開発した。凍結試料の輸送後、解凍し、あらかじめ溶媒を充填したESIキャピラリーに探針を背後から差し込んで探針先端の試料を溶媒に溶解させてナノエレクトロスプレ一させる。SPA-PESIは極めて高感度で、多くの生体試料に適用可能であることを検証した。4.開発した手法の応用展開: sheath-flow PESIを指などに付着したpgオーダーの薬物検出、農薬を施した植物等へ応用し、高感度で微量成分を検出した。また、SPA-PESIにより、がん、非がんの組織を分析し1、がん診断支援が可能であることを示した。このように本研究で開発された手法は医学・農学等の分野に広く普及すると期待される。(抄録なし)本研究は、山梨大学で開発した探針エレクトロスプレー(PESI)のメカニズム解明とPESIの医学・農学への応用を目指すものであり、世界最先端の技術開発に成功し、世界トップクラスの国際誌に論文が掲載された。(抄録なし)
補修部材の性能評価への破壊力学の適用に関する研究

本研究では,特に以下の2点に着目し検討した.1.ひび割れ注入補修された部材の曲げ破壊挙動の評価に関する解析的検討ここでは,Rigid-Body-Spring Network(RBSN,剛体-ばねモデル)を用いて,(1)ひび割れ注入補修された部材の曲げ破壊挙動のメカニズムの解明,(2)数値解析におけるひび割れ注入補修のモデル化手法の確立,を目的とし解析的に検討した.ひび割れ進展を阻止する粗骨材の影響に着目した解析により以下の点が明らかとなった.(1)粗骨材をモデル化したインクルージョンにより,ひび割れが迂回する様子が再現でき,この挙動の違いが荷重-変形関係に影響を及ぼしていることが明らかとなった.2.ひび割れ注入補修された鉄筋コンクリートはりの曲げ破壊挙動の評価種類の異なる注入材を用いて補修を行なった鉄筋コンクリートはり(RCはり)の曲げ試験を行い,ひび割れ注入材の性能がひび割れ性状や部材の初期剛性の違い及ぼす影響について明らかにした.(1)寸法の小さな供試体(10×10×60cm)では,注入材の種類の違いがRCはりの曲げ破壊性状に大きく影響を及ぼした.引張強度の高い材料を用いた場合,注入部でひび割れは発生しないが,引張強度の低い材料を用いた場合には,低荷重レベルにて注入材にひび割れが生じる破壊性状を示した.(2)寸法の大きな供試体(30×10×180cm)では,小さな供試体にみられた注入材の違いに依存した破壊性状に影響は明確ではなかった.その理由は,初期ひび割れ導入時に生じた除荷あるいは破壊の局所化により閉口した微細なひび割れが補修後の部材にも存在し,低荷重レベルから開口し始めることによるものであることが明らかとなった.すなわち,実構造物レベルでひび割れ注入補修を行なう際には,これらの微細なひび割れを適切に発見する必要があることが分かった.本研究では、ひび割れ注入材の付着試験において、母材の種類、注入面の表面性状ならびに供試体寸法の違いが付着性状に及ぼす影響について破壊力学パラメータ(引張軟化曲線、破壊エネルギー)を用いて評価し、以下の結論を得た。母材の違いによる影響母材の違いによる影響に関して、モルタル、コンクリートの型枠面へそれぞれ注入した場合、母材の違いによる付着特性への影響は明確ではなかった。母材がコンクリートであっても、型枠面付近はモルタル量が多くなっていることによると考えられる。注入面の違いによる影響注入面の違いによる影響に関しては、ひび割れ面に注入した場合、型枠面に注入した場合に比べて、曲げ付着強度が約1.21.4倍程度大きくなり、エポキシを注入したものについては、コンクリート標準供試体よりも大きくなった。ひび割れ面に注入した場合に得られた引張軟化曲線に関しては、各ひび割れ幅における引張応力が増加した。破壊エネルギーG_f(引張軟化曲線下の面積)についても、ひび割れ面に注入した場合、1.82.0倍程度大きくなっており、ひび割れ面に注入することにより、最大荷重以降の付着特性も改善されることが明らかとなった。供試体寸法の違いによる影響供試体寸法の違いに関しては、3種類の供試体寸法(はり高さ100,200,300mm)の補修供試体を作成し、曲げ付着強度を算出した結果、はり高さが大きくなるにつれて曲げ付着強度が小さくなることが実験的に確認された。また、引張軟化を考慮した数値解析においてもこれらの寸法効果が確認された。特に、はり高さが小さい場合、注入された供試体の曲げ付着強度は一体供試体に比べて著しく大きくなるが、はり高さが大きくなるにつれてその差は小さくなることが確認され、小型供試体を用いた性能評価の問題点を指摘した。本研究では,特に以下の2点に着目し検討した.1.ひび割れ注入補修された部材の曲げ破壊挙動の評価に関する解析的検討ここでは,Rigid-Body-Spring Network(RBSN,剛体-ばねモデル)を用いて,(1)ひび割れ注入補修された部材の曲げ破壊挙動のメカニズムの解明,(2)数値解析におけるひび割れ注入補修のモデル化手法の確立,を目的とし解析的に検討した.ひび割れ進展を阻止する粗骨材の影響に着目した解析により以下の点が明らかとなった.(1)粗骨材をモデル化したインクルージョンにより,ひび割れが迂回する様子が再現でき,この挙動の違いが荷重-変形関係に影響を及ぼしていることが明らかとなった.2.ひび割れ注入補修された鉄筋コンクリートはりの曲げ破壊挙動の評価種類の異なる注入材を用いて補修を行なった鉄筋コンクリートはり(RCはり)の曲げ試験を行い,ひび割れ注入材の性能がひび割れ性状や部材の初期剛性の違い及ぼす影響について明らかにした.(1)寸法の小さな供試体(10×10×60cm)では,注入材の種類の違いがRCはりの曲げ破壊性状に大きく影響を及ぼした.引張強度の高い材料を用いた場合,注入部でひび割れは発生しないが,引張強度の低い材料を用いた場合には,低荷重レベルにて注入材にひび割れが生じる破壊性状を示した.(2)寸法の大きな供試体(30×10×180cm)では,小さな供試体にみられた注入材の違いに依存した破壊性状に影響は明確ではなかった.その理由は,初期ひび割れ導入時に生じた除荷あるいは破壊の局所化により閉口した微細なひび割れが補修後の部材にも存在し,低荷重レベルから開口し始めることによるものであることが明らかとなった.すなわち,実構造物レベルでひび割れ注入補修を行なう際には,これらの微細なひび割れを適切に発見する必要があることが分かった.
神経幹細胞と癌幹細胞の比較解析

神経幹細胞と腫瘍幹細胞の比較実験において、腫瘍幹細胞の増殖力が神経幹細胞に対して、非常に弱いことが判明した。また、分離培養する際の条件も、神経幹細胞と同様のものでは、まわりの腫瘍細胞(非神経幹細胞)の影響と思われる、培養の困難性があることが判明した。腫瘍幹細胞に特異的と考えられているCD133陽性細胞の培養に成功し、その細胞がneuron系、glia系、oligodendroglia系の3系統に分化誘導することが可能であった。CD133陽性細胞が長寿遺伝子として知られるSIRT1遺伝子を発現していることが判明した。今後、脳腫瘍幹細胞におけるSIRT1遺伝子の発現量の相違を検索することにより、その細胞内における動態について検討する。神経幹細胞と癌幹細胞のcharacteristicsの解析のためのcell lineの確立を目的として同意の得られた患者検体からの細胞培養を試みた。同意の得られた2名のnewly diagnosed glioblastoma患者からの摘出検体を分離培養した。方法は、Sphere法を用い、これまで、われわれが神経幹細胞の分離培養を行ってきたものと同様に行った。結果:2例の検体からは、分離培養には成功できず、cell lineの確立には至らなかった。考察:細胞分離の際、single cell sortingを行ったことが、細胞の損傷につながったのではないかと考えられた。また、摘出された腫瘍組織にはたくさんのnecrotic tissueが含まれ、viableな部分を正確に判別し、使用することが必要であると考えられた。また、細胞の分離培養において、sphere法およびadherent cell法など、培養方法について再検討が必要と考えられた。また、検体数の絶対的な不足を補う意味でも、newly diagnosed以外(放射線照射や化学療法後)のsecond look operationにより摘出された検体との比較検討も必要と考えられた。放射線、化学療法の曝露によりglioma stem cellのcharacteristicsに相違が生じるかどうかは、臨床においても非常に重要な点であると思われた。研究目的:脳腫瘍幹細胞のcell line作成ならびに正常脳幹細胞との比較検討これまで我々は,正常脳組織からの幹細胞培養に成功してきた.しかし,正常脳組織(細胞)では、幹細胞以外の細胞の自己複製能(細胞分裂能)が低く,幹細胞にのみ強い分裂能があることから,分離,培養が理論的に比較的容易と考えられるのに対して,Glioblastoma細胞はその腫瘍細胞自体の分裂能が高く,正常脳からの幹細胞分離よりも培養が困難である可能性が高い.正常骨髄幹細胞の長期培養の結果奇形腫の出現が認められた。脳腫瘍幹細胞の長期培養条件による変化などについても検討を加えたいと考える.癌幹細胞は概念的には存在することは、示唆されているが、定義すら決まっていないのが実情ではあるが、それでもこの10年間で、幹細胞が悪性化することや、ある種のがん細胞が幹細胞と共通する形質を持っていることが示され、癌幹細胞と幹細胞とくに神経幹細胞にいろいろな共通点があることがわかっている。逆に幹細胞と癌幹細胞との相違点は同定されていないのが現状である。そこで、正常脳の神経幹細胞と脳腫瘍から採取した癌幹細胞とを比較検討することで、その相違点を明らかにし、さらに脳腫瘍の治療に有用な表面マーカーなどの検出を試みることは、非常に重要と考えられる。神経幹細胞と同様に癌幹細胞も浮遊培養法によりbFGF,EGFの存在下で可能であることがわかっている。われわれは、これまで神経幹細胞の浮遊培養法、分化誘導などについて報告してきた。今回、臨床的に脳腫瘍(glioma)と診断された患者の摘出組織より癌幹細胞の特徴を有した細胞のcell lineの作成に成功した。分離培養した細胞は、CD133,nestinに陽性を示す細胞塊sphereを形成し、分化を誘導することにより抗β-tubulin、GFAP、04抗体などに陽性となることがわかった。また、分離培養した癌幹細胞の特徴を有したSphereの増殖力、分化力を現在測定中であり、臨床像の違い(悪性度、病理学的相違点)などとともにその相違点、類似点などに関しては詳細に検討する予定である,また、同細胞は、蛋白質/ピストン脱アセチル化酵素SIRT1の発現も認められることが判明し、今後その発現量、臨床像などの相違などを比較検討することにより癌幹細胞に投機的な遺伝子などの探索も行う予定である。
三次元化学構造の高速符号化システムに関する基礎的研究

1.正準立体符号の定義と決定方法自然数の空間分布を特徴づける立体符号を四面体中心,二重結合連鎖,四角平面中心,三角両錐中心,正八面体中心,四角錘中心,スタッガー,エクリップスなど6個の結合回転構造について導入し,グラフにおける隣接行列と同様の役割をもたせ,構造同志が回転により重畳可能かどうかを判定できるようにすることができた.またこれにもとづいて,正準符号も定義出来たが,理論的に更に完成度を高めるため,グラフの概念より更に一般的なスーパー・グラフの概念を確立し,現在この概念にもとづく対称性群及び立体正準符号の定義及びその決定理論へと発展させている.2.立体構造入力のデータ構造の決定各剛構造について,その立体構造情報を入力するため,構造化隣接リストを定義することが出来た.構造化隣接リストにより唯一のスーパー・グラフをあいまいでなく決定できる.3.立体軌道グラフと立体化学的照明関数スーパー・グラフの立体対称性を表わす群により,立体軌道グラフが定義され,スーパーグラフの表現を決定する際の重複の問題が解決された.現在,方法をさらに強力にするため,節点照明関数を立体化学的に拡張する仕事にとり組んでいる.この立体化学的照明関数により,比対称性から生じる符号化の困難が解決される.1.正準立体符号の定義と決定方法自然数の空間分布を特徴づける立体符号を四面体中心,二重結合連鎖,四角平面中心,三角両錐中心,正八面体中心,四角錘中心,スタッガー,エクリップスなど6個の結合回転構造について導入し,グラフにおける隣接行列と同様の役割をもたせ,構造同志が回転により重畳可能かどうかを判定できるようにすることができた.またこれにもとづいて,正準符号も定義出来たが,理論的に更に完成度を高めるため,グラフの概念より更に一般的なスーパー・グラフの概念を確立し,現在この概念にもとづく対称性群及び立体正準符号の定義及びその決定理論へと発展させている.2.立体構造入力のデータ構造の決定各剛構造について,その立体構造情報を入力するため,構造化隣接リストを定義することが出来た.構造化隣接リストにより唯一のスーパー・グラフをあいまいでなく決定できる.3.立体軌道グラフと立体化学的照明関数スーパー・グラフの立体対称性を表わす群により,立体軌道グラフが定義され,スーパーグラフの表現を決定する際の重複の問題が解決された.現在,方法をさらに強力にするため,節点照明関数を立体化学的に拡張する仕事にとり組んでいる.この立体化学的照明関数により,比対称性から生じる符号化の困難が解決される.
藻類によるレアメタル類の吸着分離回収と環境保全

1.藻類粉末充填層カラムを用いた金属イオンの連続吸着・溶離の研究銅、ニッケル、カドミウムのように、陽イオンとして存在すると思われるコモンメタルイオンは、57という中性付近のpHにおいて充填層に吸着され、pH2程度の弱酸性において良好に溶離された。したがって、吸着時と溶離時の液量比を大きくすることにより、たとえば12ppmという低濃度の金属イオン含有水溶液から、1000ppm以上の金属イオン濃度を有する濃縮水溶液を得ることができ、この水溶液から電解採取法によって電着金属を得ることができた。しかし、コンブやワカメのように、中性水溶液中で液全体をきわめて粘稠にするような藻類粉末充填層カラムは、通液抵抗増大のため、短時間のうちに連続通液ができない状態になる。これに対する対策として、藻類粉末、あるいはこれに少量のアルギン酸塩粉末を混合した粉末を水と共にペースト状に練ったものを、塩化カルシウム水溶液中にノズルを通して押し出すことによる凝固吸着剤の製造方法を開発し、これによって通液抵抗問題を解決した。藻類からなる吸着剤を用いた場合、イオン交換樹脂を用いた場合に比し、溶離操作がひじょうにマイルドな条件で達成できる。すなわち、溶離操作中の鉱酸使用量が少なくてすむので、環境にやさしい吸着剤といえる。2.藻類粉末による金属イオン吸着とFTIRスペクトルについてFTIRにより、藻類を、セルロースやアルギン酸を多量に含有するものと、蛋白質を多量に含有するものに、大別することができた。また、前者をpH2付近の弱酸性水溶液に接触させた場合には、1730cm^<-1>付近に新たな吸収が認められた。これは、藻類に含まれているCOOR部分構造に関して、変化が起こっていることが検知されたものと思われる。金属イオン吸着そのものによるIRスペクトル変化については、未だ検知されていない。1.藻類による希土類の吸着挙動について各種藻類粉末あるいはスピルリナ青色素を用いた場合の希土類の吸着挙動は、すでに、論文(資源と素材110(2)125129頁)として発表したとおりである。本年度は、スピルリナ以外の藻類の色素を用いた場合について研究を行った。これらの藻類は、スピルリナと異なり、細胞壁を有しているので、粉末を常温の水で浸出しただけでは色素が溶出しなかった。そこで、423Kの熱水で浸出し、浸出液を凍結乾燥することによって得た色素を用いて希土類イオンの吸着実験を行った。その結果、これらの色素に対する希土類の吸着挙動には、pH4付近に吸着率の極大値が認められるなど、スピルリナ青色素に対するそれと共通する点がいくつか認められた。2.藻類によるヒ素の吸着ヒ酸イオン含有溶液に対する各種藻類粉末による吸着率はいずれも低位であった。そこで、各種藻類粉末に対して、それぞれ、鉄イオン、マンガンイオンあるいはアルミニウムイオンを予め吸着させる予備処理を施したサンプルを用いてヒ酸イオン含有水溶液からのヒ素(V)の吸着を試みたところ、鉄イオンあるいはアルミニウムイオンを予め吸着させたサンプルを用いた場合にpH46において90%近いヒ素吸着率を示すものであった。FTIRを用いた研究新設されたFTIRを用いて、藻類などの赤外線スペクトルを測定中である。1.藻類によるセレンあるいはヒ素の吸着水溶液中のセレンは、Se(IV)即ち亜セレン酸イオンも、Se(VI)即ちセレン酸イオンも、中性付近のpHにおいて藻類に良好に吸着することが確認された。

水溶液中のヒ素については、As(V)即ちヒ酸イオンは、前処理として予め鉄イオンあるいはアルミニウムイオンを吸着させた藻類により、中性に近いpHにおいて良好に吸着された。しかし、As(III)即ち亜ヒ酸イオンの場合は、いずれの藻類を用いても高い吸着率を得ることができなかった。As(III)の効果的な吸着方法について探索中である。2.FTIRによる藻類の構造調査スピルリナのような藍藻類にはアミドが、褐藻類にはセルロースが含まれていることが赤外線吸収スペクトルから判明した。3.英和辞典の完成環境用語を豊富に収録した英和辞典が完成し、出版された。1.藻類粉末充填カラムを用いた金属イオンの連続吸着・溶離の研究銅、ニックル、カドミウムのように、陽イオンとして存在すると思われるコモンメタルイオンは、57という中性付近のpHにおいて充填層に吸着され、pH2程度の弱酸性において良好に溶離された。したがって、吸着時と溶離時の液量比を大きくすることにより、たとえば12ppmという低濃度の金属イオン含有水溶液から、1000ppm以上の金属イオン濃度を有する凝縮水溶液を得ることができ、この水溶液から電解採取法によって電着金属を得ることができた。しかし、コンプやワカメのように、中性水溶液中で液全体をきわめて粘稠にするような藻類粉末充填層カラムは、通液抵抗増大のため、短時間のうちに連続通液ができない状態になる。これに対する対策として、藻類粉末、あるいはこれに少量のアルギン酸塩粉末を混合した粉末を水と共にベースト状に練ったものを、塩化カルシウム水溶液中にノズルを通して押し出すことによる凝固吸着剤の製造方法を開発し、これによって通液抵抗問題を解決した。藻類からなる吸着剤を用いた場合、イオン交換樹脂を用いた場合に比し、溶離操作がひじょうにマイルドな条件で達成できる。すなわち、溶離操作中の鉱酸使用量が少なくてすむので、環境にやさしい吸着剤といえる。2.藻類粉末による金属イオン吸着とFTIRスペクトルについてFTIRにより、藻類を、セルロースやアルギン酸を多量に含有するものと、蛋白質を多量に含有するものに、大別することができた。また、前者をpH2付近の弱酸性水溶液に接触させた場合には、1730cm^<-1>付近に新たな吸収が認められた。これは、藻類に含まれているCOOR部分構造に関して、変化が起こっていることが検知されたものと思われる。金属イオン吸着そのものによる1Rスペクトル変化については、未だ検知されていない。
最適接続料金に関する理論的研究

「クールノー競争と規制産業におけるアクセス料金」の要旨はつぎのようである.モデルでは,最終生産物の供給者の一人が競争相手によっても需要される投入物の唯一の供給者であり,その価格政策が規制されている状況を想定する.典型的な例としては,電力,通信等の産業が考えられる.分析した主要な問題は次の二つである.(1)下流企業のアクセス料金は上流企業の限界費用とどのような関係があるか.(2)独占企業の最終生産物の価格は限界費用とどのような関係にあるか.(1)に関しては,Baumol-Willigの有効成分価格形成ルール(Efficient Component Pricing Rule略してECPR),すなわち,「最適アクセス料金=アクセスのための直接費用+アクセスのための機会費用」という公式が知られている.従来の研究では,最終生産物市場における競争が価格を所与として行われること,そして自由参入により利潤が消滅する状況が分析されてきた.また政府の予算制約を考慮しない場合が扱われてきた.本論文では,一般の非線形の需要関数をもつ寡占市場を想定し,必ずしも自由参入を想定せずに上の公式が具体的にどのような形をとるかについて明確にし,これまでの分析結果と比較した.なお「次善最適における厚生変化の評価」では次善最適点における極値条件を用い,次善解を規定する予算制約パラメターの変化が経済厚生に及ぼす効果を示す公式を導出した.「クールノー競争と規制産業におけるアクセス料金」の要旨はつぎのようである.モデルでは,最終生産物の供給者の一人が競争相手によっても需要される投入物の唯一の供給者であり,その価格政策が規制されている状況を想定する.典型的な例としては,電力,通信等の産業が考えられる.分析した主要な問題は次の二つである.(1)下流企業のアクセス料金は上流企業の限界費用とどのような関係があるか.(2)独占企業の最終生産物の価格は限界費用とどのような関係にあるか.(1)に関しては,Baumol-Willigの有効成分価格形成ルール(Efficient Component Pricing Rule略してECPR),すなわち,「最適アクセス料金=アクセスのための直接費用+アクセスのための機会費用」という公式が知られている.従来の研究では,最終生産物市場における競争が価格を所与として行われること,そして自由参入により利潤が消滅する状況が分析されてきた.また政府の予算制約を考慮しない場合が扱われてきた.本論文では,一般の非線形の需要関数をもつ寡占市場を想定し,必ずしも自由参入を想定せずに上の公式が具体的にどのような形をとるかについて明確にし,これまでの分析結果と比較した.なお「次善最適における厚生変化の評価」では次善最適点における極値条件を用い,次善解を規定する予算制約パラメターの変化が経済厚生に及ぼす効果を示す公式を導出した.電気・ガス等の例のように、サービスを独占的に供給する一つの上部企業と、それからサービスを購入し寡占的市場において消費者に販売する多数の下部企業がある(2種類の差別化された生産物の)産業を想定し、そこでの、消費者にとってのサーヴィスの価格、下部企業のアクセス料金とについて考察した。(1)独占企業の消費者へのサーヴィスの供給を市場の競争に委ねつつアクセス料金のみを政府が最適にコントロールする場合。サーヴィスの価格は、産業間の代替・補完にしたがって2種類企業の限界費用の和より大きくあるいは低くなる。アクセス料金は、生産物が補完財の場合には上部企業の限界費用より低くなる。(2)独占企業に一定の利潤を保証しつつ、生産量(アクセス料金)を政府が最適にコントロールする場合。(a)予算制約を考慮しないならば、サーヴィスの価格は、産業間の代替・補完にしたがって2種類企業の限界費用の和より大きくあるいは低くなる。また(b)予算制約条件を考慮するならば、上のの命題はラムゼーのルールにしたがって、影響を受ける。(3)2つの産業のマークーアップ率の大小も評価できる。本研究では、既存企業が独占的に保有する生産要素の利用(通信網等のインフラストラクチャーへのアクセス)のための料金決定、いわゆる接続料金のあり方について"Cournot Competition in Regulated Industries"を作成し、International Economic Associationの世界大会(リスポン)で報告した。参入企業が支払うべきアクセス料金の高さについては、それが既存企業の直接費用と参入を許すことによって失われる機会費用の和とすべしとするBaumol=Willig等によるECPR(efficient component princing rule)が基本的なものとされてきた。しかしこのルールでは参入市場が競争的であることをおよび、既存企業の利潤制約がないことを想定されていた。本研究においては、参入市場が寡占的であることをも含む一般的モデルにおきてアクセス料金のルールを示した具体的には、本研究では(1)Economides=White等の寡占市場の線型モデルを非線型モデルに拡張し、さらに非同質財のケースの分析行っている。また(2)Laffont and TiroleやArmstrong他の分析では、競争市場における需要関数や供給関数に関する超弾力性(super elasticity)や転位係数(displacement ratio)という複雑な概念を用いているのに対し、ここでは相対的な逆需要関数の偏弾力性を用いてそれらの概念との対応を示し、ECPRルールの明確な意味づけを行った。さらに(3)最適課税理論との関連についてもいくつかのこれまで指摘されていない結果を示すことができた。
遺伝性筋萎縮性側索硬化症の発症機序に関する研究

このようなバックグラウンドの元、我々はヒト異常SOD遺伝子(Gly93Ala)を導入したマウスを育成しており、本年度は、この遺伝性ALSのモデル動物においてEAAT2蛋白の脊髄における発現を、無症状で病理学的にも正常な18週、無症状であるが病理学的変化の始まっている25週、症状が発現している33週と時期を設定して抗EAAT2抗体で蛋白量を検討し、RT-PCR法にてmRNA量を測定した。また、ニューロンの生存シグナルに関してはphosphatidylinositol 3-kinase(PI3-K)-Akt経路について、前述の各時期について免疫組織学的に検討した。ヒト異常SOD遺伝子(Gly93Ala)を導入したトレンスジェニックマウスの神経変性においてはEAAT2の系は変化はなく、PI3-K-Akt経路は関与していることを示唆する知見が得られた。
上皮の管径を維持するやわらかな力学機構の解明

本研究では、生体組織のサイズ維持機構の理解を深めるために、マウスの精巣上体細管の発生過程における力学的側面に注目した。細胞動態の蛍光イメージング定量解析と数理モデリングを中心に用いることで、管径を維持するための協調的な多細胞の振舞いを明らかにすることを目標とした。実験と数理を融合したアプローチにより、細胞が組織内で発生する力を受容し、それに対する応答として能動的な運動を行うことで管サイズが維持されるメカニズムを明らかにした。平成27年度には、生体組織のサイズ維持機構を明らかにするため、マウスの精巣上体細管を実験材料として用い、(1)組織深部における細胞集団運動のライブイメージング、(2)細胞集団運動の定量、(3)数理モデル構築、の3点を主に行った。上皮の管径を維持するやわらかな力学機構の解明に向けて、組織深部における管上皮のライブイメージングを行った。マウス胎仔の精巣上体細管は、組織表面から100um以上深部に位置しているため、二光子顕微鏡を用いてタイムラプス画像を取得した。その結果、分裂細胞に隣接している細胞集団が、分裂方向に応じて異なる挙動を示すことがわかった。すなわち、管円周方向に沿った細胞分裂に対しては、細胞集団が相対的に配置換えを起こす一方で、長軸方向に沿った細胞分裂に対しては細胞集団の相対的な配置換えは起きない。取得時系列画像における細胞の相対的な配置換えを評価するために、先行研究で提案された手法を用いて、細胞の再配列運動を定量した。その結果、観察事実を定量的に示すデータを得ることができた。これらの定量データをもとに、多細胞上皮組織の動態を表す数理モデルを構築した。細胞のアピカル面を多角形とみなし、頂点のダイナミクスの運動を表すバーテクスダイナミクスモデルを用いた。モデル解析の結果、組織内部における細胞分裂が及ぼす組織内細胞張力の時空間分布や、組織形態に対する細胞の再配列の影響を評価することができた。これらの結果を、国際誌(査読付き)に論文を1報、和文総説として1報、取りまとめて発表した。他1報を國際誌に投稿しており、現在査読中である。また、国内学会で招待講演を1件、発表を8件、国際学会での発表を2件、行った。平成27年度の計画では、イメージングを中心とした細胞動態因子の定量解析のみ行う予定であったが、組織深部における細胞集団運動のライブイメージングと細胞集団運動の定量に加えて、それらの実測データを基にした数理モデル構築まで行うことができた。当初予定していた数理モデル構築は、主に平成28年度以降に行う予定であったため、当初計画以上に進展していると言える。現在、実験測定と数理モデル解析により提唱された新たな仮説を検証する実験を計画している。また、同じく平成28年度以降に行う予定であったノックアウトマウスなどを用いた摂動実験に関しては、予定していたノックアウトマウスに管径異常の表現型が見られたなかったことを確認した。これに関しては、代替案を試す予定である。当初計画以上に進展した理由は、イメージングによる細胞動態の観察データ取得のプロセスが、計画していた予定よりも時間をかけずに進めることができたためである。器官培養系の準備は前もって整えておき、顕微鏡観察の設定も特に時間を要することもなかったため、実験動物ができた時点で、十分なサンプル数を取得する単純作業に打ち込むことができた。また、細胞動態の定量に関しては、先行研究を参考にした上で直観的な定量手法を採用したため、理解するまでの時間を短くすることができた。多細胞動態の数理モデル化に関しては、実装する際のプログラミンの時間を予定よりも早く終えることができた。はじめに空間2次元に対応するプロトタイプを作成しておき、徐々に空間3次元版に拡張することで、デバッグの作業を効率良く行うことができた。平成28年度は、生体組織のサイズ維持機構を明らかにするため、マウスの精巣上体細管を実験材料として用い、(1)ライブイメージングデータの細胞動態の定量、(2)ミオシンリン酸化程度の定量、(3)数理モデルの発展の3点を主に行った。管上皮のライブイメージング画像から細胞の再配列運動を定量化することを目的とし、先行研究で提案された手法に基づく定量化法を考案した。測定の結果、管円周方向に沿った細胞分裂に対しては、細胞集団が相対的に配置換えを起こす一方で、長軸方向に沿った細胞分裂に対しては細胞集団の相対的な配置換えが起きにくいこと、また、分裂後60分程度で再配列が起きやすいことがわかった。さらに、再配列を引き起こすための力を生み出すミオシン軽鎖のリン酸化程度を定量化するために、ウェスタンブロット解析を行った。これらの測定手法を組み合わせて、管を異方的に圧縮した場合の、リン酸化応答を測定した。その結果、特定の方向に沿った圧縮に対してのみ、精巣上体の細胞がリン酸化を引き起こすことがわかった。これらの結果を取りまとめて、国際誌(査読付き)に論文を1報、和文総説として2報、発表した。他2報を国際誌に投稿しており、現在査読中である。平成28年度以降の計画として、数理モデリングと網羅的なシミュレーション解析を行う予定であった。すでに数理モデルを発展させ、必要なシミュレーション解析を終えている。また、発展させた数理モデルを用いた網羅的シミュレーションも行い、新たな結果を得ている。したがって、当初計画以上に進捗状況は進展したと言える。

本申請では、生体組織のサイズ維持機構を明らかにするため、マウスの精巣上体細管の発生過程における力学的側面に注目し、管径を維持するための多細胞の協調的な振舞いを明示することが目標である。平成29年度は、細胞個々の動態を定量的に組み込むことができる数理モデルの構築を行い、シミュレーション結果と実験データを照らし合わせることで、管径維持に必要な多細胞動態機構を提言することを目的とした。本研究では、多細胞の形態形成を表現するコンピュテーショナルモデルの枠組みの一つとして、バーテクスダイナミクスモデルを用いた。前年度までに得ていた実験データをもとに、管の大きさや細胞の挙動をシミュレーションに組み入れ、現象の再現を行なった。また、精巣上体細管で起こる細胞集団の配置換えを引き起こす仕組みについて、細胞が隣接細胞からの力を受けて能動的に動くシナリオをモデルとして表現し、シミュレーションを行ったところ、観察事実に合致する結果を得た。これにより、マウスの精巣上体細管の発生過程における上皮管の管径維持を説明する機構を提言することができた。内容は論文として取りまとめ投稿中である(bioRχiv, doi: https://doi.org/10.1101/172916)。また、別の多細胞コンピュテーショナルモデルであるセルラーポッツモデルを用いた上皮管のモデリングも行った。さらに、マウス胎仔の組織だけでなく培養細胞を使った上皮管形態形成に対しても実験解析を行った。それらに関する総説や報告を国際誌にて発表した。本研究では、生体組織のサイズ維持機構の理解を深めるために、マウスの精巣上体細管の発生過程における力学的側面に注目した。細胞動態の蛍光イメージング定量解析と数理モデリングを中心に用いることで、管径を維持するための協調的な多細胞の振舞いを明らかにすることを目標とした。実験と数理を融合したアプローチにより、細胞が組織内で発生する力を受容し、それに対する応答として能動的な運動を行うことで管サイズが維持されるメカニズムを明らかにした。管径維持のための『多細胞力学システム』の存在を明らかにするための、イメージングを中心とした細胞動態因子の定量解析と数理モデル解析手法は、平成27年度までに確立した。これを利用し、摂動実験とそれに対する精巣上体管の応答解析を追加して行う。平成27年度に引き続き、ダブルノックアウトマウスや阻害剤・リコンビナントプロテイン添加アッセイを行うことで、野生型マウスの精巣上体細管との形態面での違いを定量的に調べる。特に、Wnt経路に着目し、解析を進めていく。摂動実験で得られたデータを平成27年度までに確立した数理モデルに組み入れることで、入力-出力応答を定量的に評価する。平成27年度中に行ったノックアウトマウスを用いた摂動実験では、ノックアウトマウスに管径異常の表現型が見られたなかった。これは、遺伝子機能の補償機構が働いている可能性がある。Wnt経路に注目し、ダブルノックアウトマウスの解析を試みる。対象としているダブルノックアウトマウスは、国内に保有している機関が複数あるため、交渉して取り寄せる。他、阻害剤等を用いることで、結果の信頼性を補完しながら、解析を進めていく。
神経回路強化に関わるシナプス前終末カルシウムチャネルの機能解析

脳由来P/Q型Ca^<2+>チャネルα1サブユニットをシナプス前細胞に発現させ、脳由来CaMKII阻害ペプチド(CaM-KIIN)を共発現したシナプス、α1サブユニットのCaMKIIと結合する部分ペプチド(Ca_V2.1_<1897-1912>)、あるいはCaMKII活性化阻害ペプチド(AIP)をシナプス前細胞へ注入したシナプスでのCa^<2+>チャネルの活性化パターンの違いによる神経伝達物質放出の変化を電気生理学的手法で解析して、下記の(1)-(4)が明らかとなった。(1)Paired-pulse depressionとfacilitationは、CaM-KIINを共発現、あるいはCa_V2.1_<1897-1912>を導入したシナプスで抑制される。(2)高頻度発火によるsynaptic depressionは、CaM-KIINを共発現、あるいはCa_V2.1_<1897-1912>を導入したシナプスで減弱し、synaptic facilitationが認められる。(3)Augmentationは、CaM-KIINを共発現、あるいはCa_V2.1_<1897-1912>を導入したシナプスで顕著に抑制されるが、PTPは影響を受けない。(4)AIP導入したシナプスでは、コントロールシナプスと同程度のsynaptic depression、augmentation PTPを誘起する。すなわち、CaMKIIの蛋白燐酸化過程を介するのではなく、CaMKIIがシナプス前終末Ca^<2+>チャネルに結合して、そのCa^<2+>チャネルの活性を高めることを示唆する。このようにして神経活動によって流入するCa^<2+>量を制御するCaMKIIは、Ca^<2+>濃度に依存して活性化されるCaMによるCa^<2+>チャネル活性調節を伴う短期可塑性や、各種のシナプス前神経終末Ca^<2+>結合蛋白質を介したシナプス伝達亢進をもたらすと考えられ、"effecter checkpoint"としての機能を果たす。幼若ラット(生後7日)の上頸交感神経節胞を単離し、神経成長因子存在下で数週間培養して形成したN型Ca^<2+>チャネルを介するコリン作動性シナプスのシナプス前細胞核内に脳由来P/Q型Ca^<2+>チャネルalpha1サブユニットcDNAを直接導入して、P/Q型ca^<2+>チャネルを発現させ、ω-コノトキシン存在下でN型Ca^<2+>チャネルをブロックして、脳由来P/Q型Ca^<2+>チャネルの活性化パターンの違いによる神経伝達物質放出変化を電気生理学的手法を用いて解析し、脳由来CaMKII阻害ペプチドを共発現したシナプスと比較した。シナプス前終末での短期可塑性現象として、paired-pulse depression (PPD)/facilitation(PPF)、augmentationとpost-tetanic potenhation(PPT)が知られている。脳由来CaMKII阻害ペプチド(CKIIN)を共発現したシナプスでは、PPD/PPFを、そしてaugmentationを顕著に抑制した。さらに、高頻度刺激によって誘導されるPPTを抑制した。これらの結果は、CaMKIIがCa^<2+>チャネル活性を調節することによって神経活動に依存したCa^<2+>流入量を制御し、Ca^<2+>/カルモジュリンによるCa^<2+>チャネル活性調節を伴う短期可塑性^3や、他のCa^<2+>結合蛋白質を介したシナプス伝達亢進をもたらすことを示唆する。