hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ビタミン欠乏状態でサプリメントを添加したラットの運動負荷による肝臓脂質の変動

ビタミンB6欠乏食給餌下分枝鎖アミノ酸(BCAA)を添加し,運動を行った場合の生体への影響について検討を行った。運動量の影響を見るため,回転数の多いラットと少ないラットで比較を行うと,回転数の多い群では,回転数の少ない群に比べ,肝臓のトリアシルグリセロール(TG)含量が有意に低下していた。回転数の少なかった群や運動を行っていない群の中には肝臓にTGの多く蓄積するラットと正常レベルのラットが混在していた。先行研究では、ビタミンB6欠乏食給餌下で分枝鎖アミノ酸を添加すると、毎回約半数のラットの肝臓に脂質の異常蓄積を認めた。今回は先行研究と食餌条件は同じとし、運動の影響を見る目的で運動群には回転運動装置にて自発運動を行わせ、ケージで飼育する安静群と運動群の2群で実験を行った。安静群と運動群の間で飼育期間中の摂食量に差はなかったが、最終体重は安静群に比べ、運動群で有意に低下していた。また、体重100gあたりの臓器重量(肝臓・腎周囲脂肪組織・副睾丸周囲脂肪組織)では、いずれも安静群に比べ運動群で有意に低下していた。肝臓のトリアシルグリセロール含量については、安静群と運動群の間で差は認められなかったが、血漿中のトリアシルグリセロール含量は安静群に比べ、運動群で有意に低下していた。運動量の影響を見るため、回転装置の回転数から、自発運動の多い(回転数の多い)ラットと自発運動の少ない(回転数の少ない)ラットに分け、検討を行った。運動量の多い(回転数の多い)ラットでは運動量の少ない(回転数の少ない)ラットに比べ、体重や脂肪組織重量が有意に減少していた。また、血漿中のトリアシルグリセロール含量には差はなかったが、肝臓のトリアシルグリセロール含量は有意に低下していた。分枝鎖アミノ酸代謝の第1ステップに関与する分枝鎖アミノ酸アミノ基転移酵素(BCAT)活性については、運動量の違いによる差は認められなかったが、安静群に比べ、運動群で有意に高くなっていた。アミノ酸代謝に関係する酵素の補酵素として重要であるビタミンB6(B6)欠乏食下4.75%の分枝鎖アミノ酸を添加した食餌で運動を行うと生体にはどのような影響がみられるのか、B6欠乏食の安静群・運動群およびB6欠乏下分枝鎖アミノ酸を添加した食餌の安静群・運動群の4群で比較検討した。最終体重は、運動をすることで安静群に比べ有意に低下していたが、分枝鎖アミノ酸添加の有無による差はみられなかった。また、体重100gあたりの臓器重量についても、運動群で腎周囲脂肪、副睾丸周囲脂肪は安静群に比べ有意に低下していたが、分枝鎖アミノ酸添加の有無による差はみられなかった。血漿中のトリアシルグリセロール、コレステロール、アルブミン、グルコースを測定したところ、運動群のトリアシルグリセロールは安静群に比べ有意に低下をしていた。コレステロールおよびアルブミンについては2群間に差は認められず、グルコースについては運動群が安静群に比べ、有意に低下をしていたが、いずれも分枝鎖アミノ酸添加の有無による差は認められなかった。B6欠乏食の安静群と運動群の血漿中のアミノ酸を比較すると、安静群に比べ運動群で11種類のアミノ酸が有意に減少していた。また、B6欠乏下分枝鎖アミノ酸を添加した食餌の安静群と運動群の血漿中アミノ酸を比較すると、安静群に比べ運動群で16種類のアミノ酸が有意に低下していた。以上のことから、アミノ酸代謝に重要な働きを持つB6が欠乏している状態に特定のアミノ酸を添加し、運動することはアミノ酸の動態を大きく変化させる可能性が示唆された。分枝鎖アミノ酸(BCAA)は運動時に付加することで肝臓グリコーゲンの利用を抑える効果や、運動による筋肉障害の予防効果だけではなく、肝不全に合併する肝性脳症を改善する効果など、既に効果や安全性についてヒトや動物を対象として多くの報告がある。しかし、アミノ酸代謝に関係する酵素の補酵素として重要であるビタミンB6(B6)の欠乏状態でBCAAを添加すると、毎回半数のラットの肝臓に脂質の異常蓄積を認めた。最終年度は、2年間の実験結果を元に、B6欠乏状態でBCAAを添加し、自発回転運動を行わせた際のラットの生体への影響について、より詳細な検討を行うこととした。摂食量については運動の有無ならびBCAA添加の有無による差は見られなかった。しかし、最終体重については、安静群に比べ運動群で有意に低下をしていた。安静群、運動群ともにB6欠乏食群とB6欠乏食下BCAAを添加した群との間に有意差が認められなかったことから、BCAA添加の影響ではなく、運動による影響であると考えられた。体重100gあたりの臓器重量では、副睾丸周囲脂肪組織ならびに腎周囲脂肪組織が安静群に比べ運動群で有意に低下していた。一方、腓腹筋については、安静群に比べ運動群で有意に増加をしていた。しかし、いずれにおいてもBCAA添加の有無による差はなかった。また、血漿中のトリアシルグリセロール含量は安静群に比べ運動群で有意に低下をしていた。肝臓中のトリアシルグリセロール含量については、B6欠乏食の安静群と運動群間ならびにB6欠乏食下BCAAを添加した安静群と運動群の間に有意差は認められなかった。

運動量の影響を見るため,回転数の多いラットと少ないラットで比較を行うと,回転数の多い群では,回転数の少ない群に比べ,肝臓のトリアシルグリセロール(TG)含量が有意に低下していた。回転数の少なかった群や運動を行っていない群の中には肝臓にTGの多く蓄積するラットと正常レベルのラットが混在していた。予定していた肝臓や血漿中の脂質含量の測定ならびに血漿中のアミノ酸分析等を行うことができた。栄養学ビタミンB6が欠乏している状態でアミノ酸を添加し運動をすることで、血漿中のアミノ酸代謝に大きく影響があることが分かった。次年度はこの点に注目し、詳細な検討を加えたいと考えている。肝臓や血漿中の脂質含量の測定については予定通り行うことができた。さらに生体内の状態をより鋭敏に示す血漿中のアミノ酸分析を行いたいと思っていたが、平成25年度に実施が出来なかったので、来年度中には必ず実施したいと考えている。購入予定であった試薬が廃盤になり、代わりのものを購入せざるを得ない状況になり、その差額が出てきてしまったため、未使用額が生じた。ラットに強制運動を行わせるため回転装置に入れたが、尾を回転装置の隙間に挟んでしまい、傷を作るラットが多数出てきてしまった。よって、運動の条件は自発運動のみとして、運動量の多いラット(回転数の多いラット)とあまり運動しないラット(回転数の少ないラット)の間で、今後も比較検討することとする。平成26年度の残金は平成27年度の物品費と合わせて使用したいと考えている。エバポレーターを購入するにあたり、エバポレーターと冷却装置を接続するためのホース等も必要であり、元々予定していた額より高くなってしまった。その結果、科研費の残額で購入できないものが出てきてしまい、科研費で購入を予定していたものも個人研究費の方で購入したものがあり、科研費の当該年度の所要額を使い切ることができなかった。平成25年度の残金は平成26年度の物品費と合わせて使用したいと考えている。
スピン流を用いた物性制御法の探索

磁気相転移等の諸現象をスピン流により制御するためのスピン流注入素子設計及び候補物質の探索を遂行した。面内スピンバルブの拡散スピン伝導を統一的に記述する解析モデルを構築し、設計指標であるスピン緩和時間の解析精度を格段に向上させた。理論と実験の両面から物質設計・検証を進め、24%の巨大な電流ースピン流変換効率を示す銅ビスマス希薄合金を開発した。スピントルク磁気共鳴実験を行い、スピンホール効果により有効ダンピング係数を20%変調することに成功した。超伝導体に準粒子スピン流を注入して、スピン寿命を励起電流で400%変調できることを実験的に示した。この成果は巨大な準粒子スピンホール効果の発見に繋がった。本研究課題では(1)純スピン流による微小磁性体発振励起と(2)スピン蓄積による局所相転移を発現させることを最終的な目的としている。両目的を達成するためには、スピンバルブ構造において銀細線中のスピン蓄積を可能な限り増大させかつ拡散伝導する集団スピンを制御性良く操作することが必須となる。そのためにはスピン偏極フィルターとして作用するMgO界面層構造の最適条件を決定すると同時に磁性ナノ細線を橋渡しする銀ナノ細線中のスピン緩和機構を理解することと集団スピンの歳差運動の詳細を理解することが重要である。この2点に主眼を置き研究を進めた。その結果、再現性良く巨大なスピン蓄積効果を生じさせる手法を確立し、また銀細線中を伝搬するスピン流の緩和機構がElliot-Yafet機構により説明できることを示した。この機構では、縮退したBloch電子状態がスピン軌道相互作用により分裂するため、通常スピンに依存しない相互作用である格子振動、結晶粒界、非磁性不純物などによりスピン反転が起こるが、温度依存性の実験的から、格子振動が主要因となるBloch-Gruneisen理論でよく説明できることを明らかにした。更に、従来の200倍強の信号を生む巨大蓄積効果と複数のスピン注入端子を用いることで10ミクロンの銀ナノ細線中を集団スピンが2π回転しながら伝搬することを実験的に示すことに成功した。また、スピン伝搬の媒体材料としてSiやMg等の軽元素に関しても面内非局所スピンバルブ実験を行い、素子材料の可能性を探索した。本研究課題では純スピン流とスピン蓄積による磁気相転移を発現させることを最終的な目的としている。目的を達成するためには、スピンバルブ構造において銀細線中のスピン蓄積を可能な限り増大させかつ拡散伝導する集団スピンを制御性良く操作することが必須となる。今年度は、微小磁性体への異方的なスピン吸収を考慮してハンル効果測定から得られる拡散伝導する集団スピン歳差運動をモデル化することに取り組んだ。その結果、回転運動しながら拡散伝導する集団スピンの伝播速度が、注入あるいは検出端子の接合状態に応じて見かけ上変化することを理論と実験の両面から解明した。このモデルを用いた解析の副産物として、Grapheneなどの物質において報告されている接合状態とスピン緩和時間との相関についても明らかにすることができた。FeRh反強磁性合金とFe-Ni強磁性合金超薄膜については、共同研究を通じて磁気相転移前後での強磁性および反強磁性磁区構造を観測することに成功した。このように基礎物性に関する知見を得ることができたものの、試料作製を外部の協力者に負っているためスピン注入誘起磁気相転移研究の進行が遅れがちであった。そこで、試料の自作が可能な強磁性-常磁性転移を示す半導体EuS、Gd-doped EuSにも焦点を置き、さらに新しいスピン注入法としてスピンポンピング法を採用して実験を行った。その結果Gd-doped EuSにおけるスピンホール効果の観測に成功した。また、磁気相転移近傍においてスピンホール電圧の符号反転を観測することに成功した。このことはGd-doped EuSへのスピン注入が可能であることを示している。スピン注入量、温度、印加磁場の関係を調べることで、磁気相転移に対するスピン注入の影響を調べることが可能となった。本研究課題では1純スピン流による微小磁性体発振励起と2スピン蓄積による局所相転移を発現させることを最終的な目的としている。1の課題に関しては昨年度までの研究で、銀ナノ細線中のスピン蓄積量を200倍強に増強する手法を確立した。効率的にスピンを微小磁性体に吸収させるためには、拡散伝導する集団スピンが微小磁性体位置に到達する際に向きを揃えている必要がある。この運動メカニズムの詳細を理解するために、スピン蓄積増強効果とハンル効果(集団スピンの歳差運動)測定を応用して、集団スピンの歳差運動とコヒーレンス(回転位相)の相関を明らかにする実験を行った。

その結果、集団スピンの回転運動のコヒーレンスが、スピンの注入端子と検出端子の間の距離を増大させるとともに、改善すること。また、このコヒーレンスは、端子間距離をスピン拡散長で除して得られる規格化距離に対して整理すると細線に用いる物質の種類に依存せずに全て普遍な同一曲線上に乗ることを明らかにした。2に関しては、スピン蓄積を利用した局所相転移の候補物質としてFeRh反強磁性合金とFe-Ni強磁性合金超薄膜を用いた実験を開始した。FeRh薄膜に関しては、反強磁性・強磁性磁気相転移に伴う磁気抵抗変化に関する実験を完了し、スピン吸収実験を行う準備を整えたところである。Fe-Ni超薄膜については、キュリー温度が膜厚に依存して室温以下に低下することを実験的に確認した。本研究の目的は、これまでに独自に開発したスピン吸収やスピンホール効果を利用した非局所スピン注入手法を物性開拓の道具立てとして活用することにより、微小磁気モーメントのダイナミクス、磁気相転移や金属絶縁体相転移等の諸現象が現出する革新的な物質群を開拓し、素子設計手法を確立することである。本年度は、昨年度スピン注入が可能と判断したGd-doped EuSを用いて磁化測定と低温透過電子顕微鏡観察を対比させる実験を行った。その結果、Gdドープ量に応じてs-f交換相互作用が増強されキュリー温度の増大(15 Kから80 K)と同時に磁気ドメインも増大すること、これらの物性変化に伴い相転移を特徴付けるユニバーサリティクラスもハイゼンベルグ型から平均場型に変化することが分かった。これらの結果について論文に纏めApplied Physics Express誌に発表した。しかしながら予想以上にドメイン構造は複雑であり、微細化により制御性が向上する可能性は低いと判断した。そこで、スピン注入に伴い非線形な効果を出現させる事を目的に、超伝導体Nbへの非局所スピン注入を行った。超伝導体Nb中に準粒子スピンを非局所注入することが可能であり、励起電流に対して非線形に変化することを実験的に示した。具体的には、励起電流を低減させるとスピン緩和時間は常伝導状態に比べて400%増大することを見出した。この成果が超伝導準粒子を媒介とした巨大スピンホール効果の発見に繋がった。26年度が最終年度であるため、記入しない。スピントロニクス26年度が最終年度であるため、記入しない。研究全体の進行状況という観点からはおおむね順調に進んでいる。一方で、基礎的なスピン蓄積現象の理解とその操作という観点については、スピン蓄積信号の巨大増強と複数スピン注入端子の手法を組み合わせることで、10ミクロンに及ぶ長距離拡散伝導を達成した。更にこのデバイスに垂直磁場を印加することで比較的に良好なコヒーレンスを保ったまま2π回転の歳差運動をさせることに成功した。これらの結果はNature Materials誌に掲載発表され、研究開始当初の予想以上の成果と考えている。本年度の研究は、全体的におおむね順調に進んでいると言える。
医療機器TOF-PETに用いる半導体検出器の開発

本研究は、高エネルギー加速器実験用に開発されている世界最高レベルの高い時間分解能(30ps)を実現している増幅機能付き半導体検出器(LGAD)の医療機器への応用を目的とする。癌細胞の位置の特定に用いられる時間測定型のPETシステム(TOF-PET)への導入が可能となれば、現システムの常識を覆すほどの癌細胞位置特定の精度が得られる。検出器としては、有感領域の改良と511keVガンマ線を検出するシステムが重要な開発要素となる。本検出器の開発は既に浜松ホトニクス社と共同で行っており、時間分解能および有感領域の評価方法は確立されていて、本研究では改良デバイスの開発およびその試験を行うものである。
在宅ケアの展開と自立空間形成からみた高齢者の住宅計画

ハンディキャンプを持つ高齢者に対しての適切な在宅ケアが成立するためには、ケアを実践できる人の確保が必要条件ではあるが、その高齢者の必要度に応じた住宅改善がなされはじめて完壁なものになる。その先進的な事例として、広島県御調町の実践例を調査し、実践上の具体的な問題点、すなわち木造住宅の場合の手すりのとりつけ、段差の解消、便所、浴室等、寝室まわりへの設置はもちろん、それに要し費用等について、ケ-ス別に明らかにした。次いで、東北地方で先進的に取り込みをしようとしている、山形県酒田市、及び平田町を調査対象として、前期高齢者と後期高齢者に分類し高齢者と介護者の主体条件によって自立特性、介護特性によって類型化する。更に住宅条件(種類、階数、部屋数)、住まい方と住宅の不便内容、住宅内利用の福祉機器、洋室、和室改善志向、自宅内におけるリハビリテ-ション訓練内容を明らかにする。これらについての打ち合せを実施していた。
SAR画像中で自動認識された建物・樹木等のフットプリントに関する応用研究

合成開口レーダー(SAR)は、衛星等による写真撮影とは異なり昼夜間・天候問わず地表面を観測できるため、災害発生時の早急な被災状況把握等に優位性がある。その一方、SAR観測画像には独特なノイズや歪みが生じるため、画像の活用に際し予備知識や経験が必要とされる場合が多い。この問題の解決には自動的な情報抽出に関する技術の向上が必須である。本研究では、近年開発したSAR観測画像から建物・樹木を自動抽出するアルゴリズムを応用し、観測画像のマッピング精度の改善、及び画像中に含まれる建物が立地方位にどのように依存して観測されるかを解明するという課題に取り組む。
河川流量変化に伴う北部タイランド湾の貧酸素水塊の挙動に関する研究

本研究では、北部タイランド湾の底層で起こる貧酸素化の現状とその季節変化を明らかにすることを目的に船舶による現場観測を実施した。その結果、貧酸素化は6月11月に湾北部で起こり、貧酸素水塊の分布は季節とともに湾東部から西部へと分布域が変化することが明らかになった。さらに、物理モデルと物理-低次生態系モデルを開発し、河川流量の変化に伴う湾内の流動場の変化とそのメカニズムの解明、および河川流量変化に伴う貧酸素化の変化を調べた。流動場は河川流量が変化しても大きく変わらないが、貧酸素化は河川流量の増加により悪化することが示された。北部タイランド湾全域の水温、塩分、溶存酸素の空間分布を把握するため、H26年8月、9月、11月、12月とH27年2月に、北部タイランド湾の18測点において溶存酸素計付き水温・電気伝導度・深度プロファイラーにより各項目の鉛直分布観測を実施した。また、底層での酸素消費速度の季節変化を調べるため、各航海において海底上1mの海水を採取し、24時間の酸素濃度変化をモニターした。12月の観測については、北東季節風が強く海況が悪化したため、2測点においてデータを取得することができなかったが、その他の観測では当初予定したとおりのデータを取得することができた。H26年度の観測により、貧酸素水塊は河川流量が増加し始める8月にはチャオプラヤー川の沖に分布し、河川流量が増加した9月には低塩分水が分布する湾北東海域の広範囲に広がり、11月には湾北西海域から沖合に広がることが明らかとなった。乾期になり河川流量が減少し、塩分が高くなる12,2月には湾全域で溶存酸素濃度は上昇し、貧酸素が湾全域で解消することが分かった。酸素消費速度はチャオプラヤ川などの河口付近で高く、沖に向かって低くなっていることが分かった。時系列データを取得するため、北部タイランド湾北東部に位置するチョンブリの沖の水深約5mの場所に水温塩分計、溶存酸素計、流速計、水位計を係留し、海底上1mでのそれぞれの値を20分間隔で連続観測した。生物付着による欠測はあったものの、H26年7月からH27年3月まで連続したデータを取得することに成功した。平成27年度は前年度に引き続き、北部タイランド湾の貧酸素水塊と水塊特性の水平分布を把握するための船舶観測を4月と6月に実施した。また、北部タイランド湾北西部の溶存酸素、水温・塩分、流速の時系列データを取得するための係留観測を継続した。今年度の観測により当初予定していた計7回の船舶観測と、1年を通しての係留系観測を完了した。北部タイランド湾の貧酸素水塊の時空間分布が1年を通し観測されたのは初めてのことである。北部タイランド湾の貧酸素水塊は雨季の始まる6月に最大河川であるチャオプラヤー川の河口域で発生する。8月には貧酸素水塊は湾北東部に広がり、一部ではほぼ無酸素の状態となる。その後、9月には北部タイランド湾のほぼ半分の海域に貧酸素水塊は広がり、11月には湾北西海域でほぼ無酸素状態となることが分かった。このような貧酸素水塊の分布は成層強度と表層のクロロフィル濃度の分布と全体的には一致している傾向が見られたが、細かくみていくとその2つの要素だけでは説明できないことが分かった。観測されたデータを使いボックスモデル解析を行った結果、貧酸素化した水塊の水平移流が関係していることが示唆された。数値モデルについては、平均的な風、熱フラックス等を与えた計算により、北部タイランド湾の物理場を再現することができた。このモデルにより、6月11月にかけて表層の低塩分水が湾北東部から北西部へ移動する様子を再現することができた。平成26年8月から平成27年6月までの1年間、予定していた7回の船舶観測を実施することができた。平成26年の12月の航海は、海況の悪化によりいくつかの観測点での測定ができなかったが貧酸素水塊分布の季節変化を把握するという目的は達成することができた。水塊特性の時間変化を捉えるための係留観測も、心配していた機器の盗難もなく1年を通した連続データを取得することができた。観測された貧酸素水塊の挙動を解明するための数値モデルの開発も順調に進んでおり、研究全体として予定通り進んでいる。平成27年度、28年度に実施した計7回の海洋観測結果から明らかとなった北部タイランド湾の貧酸素水塊の形成とその移動要因を解明するため、物理ー低次生態系結合モデルを開発し調べた。また、長期増加傾向を示している河川流量の変化が北部タイランド湾の海洋循環や貧酸素水塊形成に与える影響を評価するため、物理モデルを使い当湾の海洋循環の物理メカニズムの解明を試みた。物理ー低次生態系結合モデルは、観測期間の物理場と低次生態系の再現を目的とし、日平均風、月平均河川流量、海面熱フラックスを与え物理場を再現すると同時に、7回の海洋観測時に得られた河川の栄養塩濃度を境界条件として与え生態系の再現を行った。本モデルは観測された表層塩分の分布やクロロフィル濃度分布、底層の溶存酸素分布をある程度再現することができた。また、モデル中の底層での酸素消費速度は、現場観測されたものと同程度であった。

モデル結果を解析したところ、貧酸素となる海域が湾北東部から湾北西部に季節とともに移動する原因は、河川水の分布の変化に伴う成層強度の変化によるものではなく、底層での酸素消費速度が大きくなる海域が季節とともに湾北東部から湾北西部へと変わるためであることが明かとなった。河川流量変化に伴う海洋循環場の変化については、低緯度と中緯度での河川水の挙動という視点からモデル解析を行った。低緯度では偏向力が小さいため河川水は中緯度に比べ慣性流に近い流れとなり湾の広範囲に広がることが分かった。また、河川流量を増加させても全体的な海洋循環パターンに大きな変化はなく、湾内の成層強度にも大きな変化は現れなかった。このことから、河川流量増加により湾内の貧酸素海域は増加しないと考えられる。ただし、河川流量増加に伴い栄養塩負荷量が増加するため河口近くでは貧酸素化の悪化が懸念される。本研究では、北部タイランド湾の底層で起こる貧酸素化の現状とその季節変化を明らかにすることを目的に船舶による現場観測を実施した。その結果、貧酸素化は6月11月に湾北部で起こり、貧酸素水塊の分布は季節とともに湾東部から西部へと分布域が変化することが明らかになった。さらに、物理モデルと物理-低次生態系モデルを開発し、河川流量の変化に伴う湾内の流動場の変化とそのメカニズムの解明、および河川流量変化に伴う貧酸素化の変化を調べた。流動場は河川流量が変化しても大きく変わらないが、貧酸素化は河川流量の増加により悪化することが示された。現場観測については、予定通り実行できている。数値モデルの開発については、流れの基本となる潮流・潮汐を再現するモデルは完成し、当初の予定通り進んでいる。船舶観測データと係留観測データから北部タイランド湾の貧酸素水塊の発生とその挙動について解析した結果を論文としてまとめ投稿する。今後は、数値モデルを使い以下の2つの研究を中心に行う。1つ目は、河川流量変化による北部タイランド湾の流動場の変動に関する研究である。平成27年度に完成させた物理モデルを使い、2011年の大洪水時と平均的な状態の2ケースの計算を行い、河川流量の増加が北部タイランド湾の流動場をどのように変えるのか、また、表層の低塩分水の分布がどのように変化するのか明らかにし、力学的な説明を行う。2つ目は、平成26-27年度に船舶観測を行った期間の物理場を数値モデルにより再現し、さらに、このモデルにシンプルな低次生態系モデルを結合することで、貧酸素水塊の再現を行う。再現されたモデル結果を解析することにより、タイランド湾の貧酸素水塊の形成プロセスを明らかにする。これら2つのモデル結果を論文としてまとめ投稿する。28年度が最終年度であるため、記入しない。沿岸海洋学H27年度は、H26年度に引き続き貧酸素水塊の空間分布と水塊の成層構造との関係を把握するため、4月と6月に船舶観測を実施する。チョンブリ沖での係留観測は6月の船舶観測が終了するまで継続する。6月で予定していたすべての観測が終了するので、得られたデータを解析し、貧酸素水塊の時空間変化を調べる。数値モデルについては、河川水の影響や季節風による流れを再現できるモデルを開発すると同時に、貧酸素の挙動を再現するためのシンプルな低次生態系モデルを構築する。このモデルを動かし、観測値と比較しながらパラメーター調整を行う。
ワールブルグ効果解消によるがん治療開発へ-がん組織バンクを活用して

がんにおける好気代謝の抑制は“ワールブルグ効果"と呼ばれ広く知られているが、不明の点も多く残っている。ワールブルグ効果の実態や分子機構解明を第一の目標に、臨床検定を用いた解析に取り組んだ。超新鮮手術検体(肺がん)を新たに収集し、それら腫瘍組織および隣接する非がん組織における代謝産物の一斉解析(メタボローム解析)を行い、データを得た。我々の結果は、ワールブルグ効果をヒト生体内でとらえた初めてものになる可能性がある。今後、メタボローム解析データについて、より詳細なデータマイニングやクラスター解析を行う。がん細胞に特徴的な代謝スタイル(嫌気的解糖系の構成的異常亢進:ワールブルグ効果)と密接に関連する「解糖系酵素遺伝子のスプライシング異常」の臨床的意義や分子機構解明に取り組んだ。平成25年度の成果としては;当該研究施設がん組織バンク所収検体を対象に、ピルビン酸キナーゼM(PKM)遺伝子のスプライシング解析を行うとともに、その結果と各種臨床情報との照合・比較・相関解析を進めた。組織アレイ、組織バンクcDNA検体の解析から、非小細胞肺がんと小細胞肺がんとの間で、PKMスプライシングパターンが大きく異なることを見出した。同様の結果は、細胞株の解析でも確認できた。手術検体のマイクロアレイ解析から、上記のスプライシング制御の違いへの関与を窺わせる、スプライシング因子の発現パターン変化を見出した。培養細胞の実験で、システイン代謝に関わる酵素シスタチオニンガンマリアーゼ(CTH)が、Krasシグナルの下流で発現上昇することを見出した。そこで、肺がん手術検体において、Ras変異の有無とCTH発現との間の相関を検討したが、現在までのところ、相関はみとめられておらず、現在、より詳細な解析を行っている。(2)PKMの酵素活性を抑制、あるいは上昇させる活性をもつ低分子化合物を、細胞株を用いて検索した。がん支援“化学療法基盤整備事業"より標準化合物ライブラリーの供与を受け、これら一群の化合物でHeLa細胞を処理した後、PKMの活性を、アロステリック活性化物質であるフルクトース1,6ビスリン酸の存在下、および非存在下で測定した。1次スクリーニングの結果、約15種のPKM活性の変化を惹起する化合物を同定した。がん細胞に特徴的な代謝スタイル(嫌気的解糖系の構成的異常亢進:ワールブルグ効果)と密接に関連する「解糖系酵素遺伝子のスプライシング異常」の臨床的意義や分子機構解明について、取り組んだ。平成26年度の成果としては;(1)前年度において、当該研究施設がん組織バンク所収検体を対象としたピルビン酸キナーゼM(PKM)遺伝子のスプライシング解析で、肺がんの組織型によって大きな違いがあることを見出していた。本年度は、そのような違いが、それぞれのがんの代謝形質や薬剤感受性と如何に対応するについて検討を行った。具体的には、細胞株を用いた実験で、各細胞株の酸素消費量やミトコンドリア呼吸鎖阻害剤に対する感受性、免疫不全マウスにおける腫瘍原性を調べた。また、新鮮手術検体を新たに収集し、それら腫瘍組織での一斉メタボローム解析を行った。現在、組織型やstage、TNM因子、虚血時間との相関などについて、詳細な解析を進めている。(2)PKMの酵素活性を抑制、あるいは上昇させる活性をもつ低分子化合物について、その作用機序を検討した。前年度の一次スクリーニングにおいて、約15種のPKM活性の変化を惹起する化合物を同定していたが、検討の結果、これら化合物は全て、PKM精製標品に対して、試験管内での活性測定では効果を示さないことが分かった。従って、これら化合物は、細胞内シグナル伝達や代謝物レベルの変動を介して間接的にPKM活性を変動させていることが示唆された。がん細胞に特徴的な代謝スタイル(嫌気的解糖系の構成的異常亢進:ワールブルグ効果)と密接に関連する「解糖系酵素遺伝子のスプライシング異常」の臨床的意義や分子機構解明を第一の目標に、臨床検体を用いた解析に取り組んだ。平成27年度の新たな成果としては、超新鮮手術検体(肺がん)を新たに収集し、それら腫瘍組織および隣接する非がん組織における代謝産物の一斉解析(メタボローム解析)を行い、データを得た。解析の結果、腫瘍の組織型やstage、KrasやEGFRの変異ステイタスによる傾向の違いは、ほとんどみとめられなかった。一方、組織採取にあたっての術式によって、組織の代謝像が大きく影響をうけることが確認できた。採取前、組織が虚血にさらされる時間の違いが、そのような差異を生んでいると考えられた。非常に重要なことに、正常肺と肺がん組織では、虚血に対する応答がまったく異なっていた;正常組織では虚血が長くなって初めて乳酸蓄積が増えるのに対し、腫瘍組織では、短い虚血時間でもすでに比較的高レベルの乳酸蓄積がみとめられた。これらの結果は、ワールブルグ効果をヒト生体内でとらえた初めてものになる可能性がある。FDG-PETシグナルとの相関について、現在解析中である。さらに、マイクロアレイやRNA-seq解析との多層的オミクス解析による検討を加えることで、上記現象の分子基盤を固められるかもしれない。

超新鮮手術検体(肺がん)を新たに収集し、それら腫瘍組織および隣接する非がん組織における代謝産物の一斉解析(メタボローム解析)を行い、データを得た。我々の結果は、ワールブルグ効果をヒト生体内でとらえた初めてものになる可能性がある。今後、メタボローム解析データについて、より詳細なデータマイニングやクラスター解析を行う。PKM制御化合物の探索に遅れが生じたものの、肺がんの解析で当初想定以上の成果がみとめられたため、区分「2」とする。腫瘍学おおむね当初計画に沿って研究を推進する。スプライシング制御物質の探索に遅れが生じたものの、小細胞肺がんの解析で当初想定以上の成果がみとめられたため、区分「2」とする。消耗品費が、予想よりも少額で済んだため。おおむね当初計画に沿って研究を推進する。研究をより円滑に推進するため、消耗品費を計画よりも増額する。
ウインドプロファイラ及び数値モデルによる梅雨前線近傍の下層大気運動の研究

本年度は、京都大学生存圏研究所所有の電波科学計算機実験装置(KDK)上で気象庁非静力学モデルを実行し、山岳による線状降水帯の再現実験を行った。計算領域は水平1000×1000km(格子間隔1km)鉛直301180m(可変;32層)で鹿児島県甑島周辺を中心とする領域とし、パラメータは、雲物理と冷たい雨による降水過程を用いて、さらに初期値は鹿児島県長島における高層気象観測データを水平一様に与えた6時間予報を行った。コントロールランとして行った再現実験により、実際よりも持続時間が短いものの約5時間持続する降水帯が再現された。次に、(1)高度2km以下の水平風向を変える、(2)甑島の山地を残し、他の陸地は平地にする、(3)甑島及び長島の山地を残し、他の陸地は平地にする、(4)長島の山地のみ取る、(5)甑島を南西に約40km移動させる、という感度実験を行った。その結果をまとめると、梅雨期に九州南部で発生する線状降水帯は、山岳による強制上昇で形成される降水雲と、それより風下側での水平風の収束によって形成される降水雲とが両者同時に形成されることにより、結果として非常に細長い降水帯を形成していることが明らかになった。これらの観測結果は近々論文誌に投稿予定である。また、X-BAIU観測結果については、気象研究ノートに採録が決定されている。また、ウインドプロファイラ観測・解析法を台風0310号についても適用した。気象庁ウィンドプロファイラネットワーク(WINDAS)で観測された台風0310号中心付近の風速変動を調べた。その結果、台風の眼の内部では、平均すると下降流であるが、弱い上昇流が下降流と入れ替わりつつ見られ、従来考えられてきた一様な下降流は観測されなかった。また、低気圧性回転の風が高度方向に一定で、台風中心に対して軸対称な円筒構造を持っていることが明らかとなった。本年度はまず、梅雨前線近傍で局地的に発生する地形性降水帯について、X-BAIU-02データを用いて解析を行った結果、以下のような新たな知見が得られた。1.降水帯内部とその周辺での風速変動を比較した結果、降水帯内部でみられた水平風の鉛直シアーは、降水帯によって形成された事が分かった。2.降水帯内でも場所により、水平風の鉛直シアーの向き、大きさが異なり、また、それは降水帯の風上側、すなわち山岳からの距離に依存している事が示唆された。これらの研究成果は、Annales Geophysicae誌に投稿済(改訂中)である。また、上記の研究を梅雨前線近傍と同様に下層大気の状態が降水系に強く影響する台風に発展させた。すなわち、気象庁ウィンドプロファイラネットワーク(WINDAS)データや気象庁レーダーデータ等を用いて、台風に伴う風速変動及び台風に伴う降水帯周辺での風速変動を詳細に解析した。解析は2002年10月12日に関東地方を通過した台風0221号について行った。その結果、以下のような新たな知見が得られた。1.台風に伴う風速変動を調べるため、5地点のWINDASデータを用いて解析した結果、台風の非対称構造により形成されたと考えられる水平風の非対称構造を初めて観測結果により明らかにした。この研究成果はGeophysical ResearchLetters誌に投稿済(改訂中)である。2.台風中心付近の鉛直流を含めた三次元風速変動について、2地点のWINDASデータを用いて解析した結果、対流圏下層の水蒸気が台風中心へ向かい、上昇しながら対流圏上層へ吹き出す循環が解析された。この研究成果はAnnales Geophysicae誌に投稿済(改訂中)である。3.降水帯の西側境界付近での風速変動を調べた結果、対流圏中層で風速シアーを伴う前線構造や対流圏上層からの乾燥移流を観測した。これは、数値モデルによる再現実験は行われていたが観測例がなく、数値モデルの再現結果を検証することができた。この研究成果は近々論文誌に投稿予定である。

また、X-BAIU観測結果については、気象研究ノートに採録が決定されている。また、ウインドプロファイラ観測・解析法を台風0310号についても適用した。気象庁ウィンドプロファイラネットワーク(WINDAS)で観測された台風0310号中心付近の風速変動を調べた。その結果、台風の眼の内部では、平均すると下降流であるが、弱い上昇流が下降流と入れ替わりつつ見られ、従来考えられてきた一様な下降流は観測されなかった。また、低気圧性回転の風が高度方向に一定で、台風中心に対して軸対称な円筒構造を持っていることが明らかとなった。
ユビキチンリガーゼ破綻による神経変性疾患発症機構

研究代表者が同定した37種の膜貫通型ユビキチンリガーゼのうち、アルツハイマー病患者の脳において発現が増加しているRNF182を中心に解析を進めた。RNF182は中枢組織特異的に発現し、特に海馬に多く分布する。RNF182は、後期エンドソームおよびライソゾームに局在していたが、RNF182結合タンパク質としてライソゾームタンパク質LAPTM4Aを同定した。RNF182はLAPTM4AをK63型ポリユビキチン化することで、アミノ酸トランスポーターLAT1とLAPTM4Aの結合を増強する。結果的に、RNF182はmTORC1を活性化することでオートファジーを抑制している可能性が示唆された。これまでに我々は、ヒトにおける膜貫通型ユビキチンリガーゼを新規に37種類同定した。さらに、ヒト・マウス組織を用いた発現解析により、中枢特異的な発現パターンを示すRNF182を見いだした。RNF182はアルツハイマー病において発現が増加することが報告されている。RNF182は小胞体や後期エンドソームおよびライソゾームに局在していたが、ショットガンプロテオーム解析により、RNF182結合タンパク質としてライソゾームタンパク質LAPTM4Aを同定した。つぎに、RNF182によるLAPTM4Aのユビキチン化様式について検討したところ、RNF182はK48とK63を介するユビキチン鎖を形成することが判明した。また、LAPTM4Aはそのファミリータンパク質であるLAPTM4Bと結合し、LAPTM4Bは、オートファジー経路においてオートファゴソームとライソゾームの融合に関連することが報告されていることから、つぎにRNF182のオートファジー経路への関与を検討した。神経芽細胞腫SK-N-MCにおいてRNF182をノックダウンすると、LC3-IIが増大した。また、オートファジーの基質タンパク質であるp62が増加したことから、RNF182の発現低下により、オートファジーによるタンパク質分解過程が抑制されることが判明した。以上の結果より、RNF182は、LAPTMファミリーのユビキチン化を介してオートファジーの活性を制御している可能性が考えられる。アルツハイマー病との関連性明らかにするため、RNF182のノックアウトマウスをCRISPR/Cas9法によって作製したので、今後解析していく。神経に高発現するユビキチンリガーゼRNF182を同定し、オートファジーとの関連性を新たに発見した。オートファジーはアルツハイマー病やALS等の神経変性疾患に深く関与しており、期待以上の発見であると考える。また、CRISPR/Cas9法は劇的に進歩しており、我々も自前でノックアウトマウスを作製できるようになり、多くの遺伝子について検討できるようになった。これまでに我々は、アルツハイマー病において発現が増加することが報告されている神経特異的膜貫通型ユビキチンリガーゼRNF182に注目し、その機能解明を目指してきた。昨年度までの研究で、RNF182は主にライソゾームに局在し、結合タンパク質としてライソゾームタンパク質LAPTM4Aを同定した。LAPTMファミリーは、オートファジー経路に関連することが報告されており、RNF182もオートファジー経路への関与を示唆する結果を得ていた。本年度は、LAPTM4Aに対するRNF182のユビキチン化の意義について検討を行った。LAPTM4Aのユビキチン化部位(リジン残基)を解析した結果、C末端にある224番目のリジンはライソゾームへのLAPTM4Aの移行に重要であるが、RNF182は移行に関与しないことが明らかとなった。LAPTM4Bはアミノ酸トランスポーターLAT1と結合し、LAT1を形質膜からライソゾームにリクルートさせ、その結果、mTORC1を活性化させることが報告されている。そこで、LAPTMファミリーとLAT1の結合に対するRNF182の関与を検討したところ、RNF182によってLAT1とLAPTM4AおよびLAPTM4Bの結合が増強されることが判明した。さらにその結合には、LAPTM4AのN末端にある7番目のリジンが重要であった。これらのことから、RNF182はLAPTMファミリーのユビキチン化を介してアミノ酸トランスポーターのライソゾームへの移行を促進し、mTORC1を活性化させることでオートファジーを抑制している可能性が示唆された。今後は、RNF182ノックアウトマウスを用いて、神経変性疾患におけるRNF182の役割を明らかにしていきたい。今後は、その他の神経系に発現するユビキチンリガーゼのノックアウトマウスを順次作製していく。また、GFPを挿入したノックインマウスも作製し、組織内の分布などの解析にも用いていく。

今後はRNF182の生理機能に関して、ノックアウトマウスも用いて、分子および個体の両側面からさらに掘り進めていき、当初の計画以上の成果を得られるよう注力する。神経化学
脊索動物における筋肉アクチン遺伝子の発現調節機構の多様性と普遍性に関する研究

1.メダカ筋肉アクチン遺伝子の転写調節領域の機能解析:筋肉アクチン遺伝子0lMA1は骨格筋特異的に発現し、別の筋肉アクチン遺伝子0lMA2は骨格筋と心筋の両方で発現する。各遺伝子の上流領域に緑色蛍光タンパク質遺伝子をつなぎ、メダカ卵に顕微注入して転写調節領域の機能を解析した。OlMA1、OlMA2の筋特異的な発現にはそれぞれ転写開始点の上流約1kb、520bpが必要十分であった。OlMA1の-949から-662には骨格筋特異的なエンハンサー活性があり、その活性には2つのEボックスの協調的な働きが重要であることが分かった。OlMA2の発現には-520から-174の間に含まれる配列が必須であり、この領域に心筋での転写を活性化するシス調節配列が含まれることが示された。この領域中の-430付近のEボックスが、-140付近のCArGボックスとともに骨格筋および心筋での発現に重要であり、心筋においてもbHLH型の転写因子が特異的遺伝子発現に関与していると考えられた。一方、bHLH型因子以外の転写因子も-520から-174の間のエンハンサー活性に関与しているようである。2.脊索動物間で保存された筋肉特異的転写調節配列の解析:(1)ホヤの一種Molgula bleiziの筋肉アクチン遺伝子を単離し、塩基配列を決定した。(2)OlMA1、O1MA2の上流領域の配列とホヤの複数の筋肉アクチン遺伝子の上流領域の配列を比較し、脊椎動物とホヤの間で保存された配列を見出した。この配列はマボヤ幼生筋アクチン遺伝子の筋肉特異的発現に必須のシス領域に含まれていることが判明した。3.筋肉特異的な転写調節に関わるタンパク質因子の解析:2で見出された脊索動物の筋肉アクチン遺伝子の上流領域間で保存された配列を含むDNA断片に、ホヤ初期胚の核抽出液中に存在するタンパク質因子が結合することが分かった。1.ナメクジウオ筋肉アクチン遺伝子の構造解析:cDNAの塩基配列からプライマーを設計し、日本産ナメクジウオBranchiostoma belcheriとフロリダ産ナメクジウオBranchiostoma floridaeの各々について、PCR法により筋肉アクチン遺伝子のほぼ全長をクローニングし、塩基配列を決定した。B.belcheriについては、筋肉アクチンBbMA1cDNAの翻訳領域と非翻訳領域の各々をプローブに用いてゲノムDNAのサザンブロット解析を行ない、BbMA1によく似た遺伝子がゲノム中に少なくとももう1個存在し、総数10から15程度のアクチン遺伝子がゲノム中に存在することが推測された。メダカ筋肉アクチン遺伝子の構造解析:メダカ骨格筋アクチンOlMA1cDNAをプローブに用いて、メダカゲノムDNAライブラリーから、OlMA1遺伝子を含むクローンとOlMA1とは異なる筋肉アクチン遺伝子OlMA2を含むクローンを単離した。OlMA1は哺乳類の骨格筋アクチン遺伝子と同様のエキソン-イントロン構造をもつこと、OlMA1の上流には筋肉特異的な転写調節配列として知られているEボックスやCArGボックスが存在することを明らかにした。OlMA2の翻訳領域はOlMA1によく似ており横紋筋型のアクチンをコードしていたが、非翻訳領域の配列は異なっていた。3.メダカ筋肉アクチン遺伝子の転写調節機構の解析:OlMA1遺伝子の転写開始点の上流約1.5kbから5′UTRを分断する第1イントロンの3′端までを含む約2.3kbのDNA断片をグリーン-フルオレッセンス-プロテイン(GFP)遺伝子に連結した融合遺伝子を作製した。これをメダカ受精卵に顕微注入したところ、胚の骨格筋に特異的にGFPが発現し、このDNA領域が骨格筋特異的な発現に必要十分であることが明らかになった。

3.筋肉特異的な転写調節に関わるタンパク質因子の解析:2で見出された脊索動物の筋肉アクチン遺伝子の上流領域間で保存された配列を含むDNA断片に、ホヤ初期胚の核抽出液中に存在するタンパク質因子が結合することが分かった。
「雁パパ」から見る韓国の教育政策の現状と今後のあり方

近年、韓国では子どもを早期留学させるために家族が離れて暮らす「非同居家族」による、いわゆる「雁パパ」が出現している。「雁パパ」とは、母と子どもを留学させ、自分は一人韓国に残って留学費用を送金しながら暮らす父のことで、そこには様々な問題点も指摘されている。本研究は、早期留学によって現れた「雁パパ」現象に焦点をあてることで、韓国の外国語教育政策における現状問題と今後のあり方を探った。本研究は、韓国の社会問題の一つである「雁(かり)パパ」に関する縦断的研究を通して、韓国の教育政策をめぐる現状と問題をより明確に究明し、新たな教育政策の模索における提言を試みるものである。平成21年度においては、関連文献の収集作業とともに、教育現実における問題をより明確に究明していくための量的・質的調査データを収集することを主な研究活動とした。まず、韓国の大学生に対する量的調査(予備調査:49名、本調査:150名)を通して、教育現実における意識を探った。結果、韓国の学校教育における英語の重要度、早期留学の背景にある教育現実における問題などを窺うことが出来た。一方、初等・中等教育の子女を持つ親139名に対する量的調査と、計5名の質的調査を行い、子どもの教育に対する親の意識も窺うことが出来た。それらは、「教育熱」「英語中心」「入試戦争」「詰め込み教育」「教育格差」などのキーワードとして表すことが出来る。収集したデータの更なる分析とともに、より質的調査のデータを加えていくことで、研究成果を発表出来る形にしていくことが次年度に向けた課題である。本研究は、韓国の社会的・教育的問題の一つである「雁(かり)パパ」に関する縦断的研究を通して、韓国の教育政策をめぐる現状と問題をより明確に究明し、新たな教育政策の模索における提言を試みるものとして出発している。平成22年度においては、前年度(平成21年度)に続き関連文献の収集作業を行うとともに、質的調査のデータ収集に力を入れた。これまではインタビューのインフォーマントとして主に子どもを早期留学させた親たちに焦点を当ててきたが、今年度においては早期留学を経験した本人たちを対象としたインタビューも加えた。データ量としてはまだ少ないものの、今後更なるデータ収集と分析によっては、親と子どもの両者間での早期留学および韓国の教育現実に対する意識の類似あるいは相違が窺えると期待している。質的調査の結果は、キーワードになる特徴を導き出すまでの分析には至らなかったため、研究成果の発表ができなかったこともあり、今後より詳細な分析を通して、成果発表の場まで持っていく必要があると思われる。また平成23年度においては、教育現場で英語教育に携わっている教師たちへの追加調査のデータを収集することで、親と子ども、そして教育現場の3者間の観点から比較・考察を試みる予定でもある。分析の面では、これまで質的調査データは主に「KJ法」を用いる形で項目分類を図ったが、今後は改訂版「グラウンデッドセオリーアプローチ」を加えていくことで、より客観性のある質的調査分析を図っていく予定である。本研究は、韓国の社会的・教育的問題として浮き彫りになっている「早期留学と雁(かり)パパ」に関する縦断的研究を通して、韓国の教育政策における現状と問題を究明し、新たな教育政策の在り方を模索し提言することを試みるものである。平成23年度においては研究最終年という点から、2年間のデータ分析から見られた結果をまとめ、報告することに焦点を当てた。データ分析の面では、質的調査のデータ分析に長い時間を要したため、当初予定していたグラウンデッドセオリーアプローチによる分析は除き、KJ法だけによる分析を行ったうえで結果をまとめた。報告の面では学会発表を2回行うことで、分析結果に関する新たな視点や修正点などを確認することができた。しかし、予定していた論文発表は掲載時期との齪酷があり、今後の掲載に向けて準備中である。本研究の全体を通しては、韓国における早期留学の増加とそれによる雁パパの登場、そして雁パパたちが抱える問題などの背景には、英語教育だけではない様々な教育現実における問題が見えてきた。また、それらの閤題は政策側と教育現場とのズレから起因する部分もあることが窺えたことから、本研究の意義として今後提言でぎるものをまとめていく予定である。
ノックアウトマウスを用いたスフィンゴ糖脂質による骨・軟骨代謝調節機構の解明

本研究では、細胞膜上のシグナル伝達において重要な役割を果たすスフィンゴ糖脂質(以下、GSLs)の骨、軟骨における機能的役割を明らかにした。4系統のGSLs合成酵素遺伝子ノックアウト(KO)マウスでは明らかな発育障害を認めなかったが、加齢に伴い有意に軟骨変性が進行した。KOマウス由来の軟骨細胞はIL-1刺激に対しMMP-13の発現やアポトーシスが亢進した。KOマウスの骨折治癒過程では内軟骨性骨化の遷延化を認めた。これらの結果より、GSLsは骨・軟骨組織の形成・発育には影響を及ぼさないが、加齢や疾患を引き起こす外部からの刺激に対しては、細胞の保護的機能を有することが示唆された。細胞膜に存在するスフィンゴ糖脂質(glycosphingolipids、以下GSLs)は、効率的にシグナル伝達を行うためのラフト(rafts)と呼ばれる微小領域を細胞膜上に形成することで増殖、分化、活性化等の細胞機能を調節している。しかし、運動器細胞におけるGSLsの機能的役割は解明されていない。本研究では5系統の異なるGSLs関連合成酵素遺伝子ノックアウト(KO)マウスを用いてGSLsの骨および軟骨組織における機能の解明を目指す。本研究の目的は、1骨、軟骨の形成や機能・形態維持におけるGSLsの機能解析、2マウス骨、軟骨病態モデルにおけるGSLsの機能的役割の解明、の2項目である。GSLs関連合成酵素KOマウスでは明らかな発育・成長障害を認めなかったが、加齢に伴い有意な軟骨変性の進行が認められた。さらに、軟骨細胞は炎症性サイトカインであるIL-1に対する反応性が上昇しており、これに伴いMMP-13の発現やアポトーシスが亢進した。長管骨骨折モデルにおいては、GSLs関連合成酵素KOマウスにおいて内軟骨性骨化の遷延化が認められた。これらの結果より、GSLsは骨、軟骨組織の形成や発育には重要な機能を有していないことが明らかとなった。しかし、加齢や疾患の原因となる外部からの刺激に対しては、細胞に対する保護的機能を有することが示唆された。これらの成果は国内外での学会および海外ジャーナルにて発表済みである。スフィンゴ糖脂質合成酵素遺伝子欠損マウスのうち,GM3合成酵素、GD3合成酵素、GalNAc-T遺伝子欠損マウスでは,骨格成長,発育は正常で,組織学的にも骨・軟骨組織に明らかな異常は認めなかった.さらに全身性骨代謝への影響を調査するために骨量,骨微細構造を定量的に評価したが,野生型マウスとの間に有意な変化はなかった.軟骨特異的にすべてのスフィンゴ糖脂質を欠損するUgcg-Col2a1Creマウス(上記ガングリオシド合成酵素の上流の酵素)では加齢に伴う軟骨変性が助長することから,GM3合成酵素、GD3合成酵素、GalNAc-T遺伝子欠損マウスについても最大52週まで観察する予定である.軟骨細胞についてスフィンゴ糖脂質の発現プロファイルを合成酵素遺伝子の発現と質量分析(MALDITOF/MASS)により測定した.ガングリオ系列,グロボ系列,ラクト系列,ネオラクト系列,イソグロボ系列の中では,ガングリオ系列の発現が多かったことから,軟骨細胞においてはガングリオシドが重要な役割を担っていることが示唆された.長管骨骨折モデルを作製し,その治癒過程を調査したところ,軟骨特異的Ugcg遺伝子欠損マウスでは修復過程のうち内軟骨性骨化機序が遅延,減弱することがわかった.この結果は,軟骨細胞の分化や基質産生においてガングリオシドが重要な役割を果たしていることを示唆示唆しており,現在,そのメカニズムを調査中である.骨特異的Ugcg遺伝子欠損マウスの作製が遅延しているほかは,GM3合成酵素、GD3合成酵素、GalNAc-T遺伝子欠損マウスの表現型解析は順調に進んでいる.成長,発育に関する調査はほぼ結論がでたため,現在は加齢に伴う変化を明らかにする目的で1年齢まで長期の観察実験を行っている.関節軟骨の組織学的観察,長管骨および脊椎骨の骨形態計測(組織学的検討,マイクロCTによるX線学的検討)も終了した.軟骨細胞におけるガングリオシドの発現プロファイルの解析も終了しており,次年度は計画に基づきサイトカイン/ホルモンに対する細胞応答性とガングリオシドの関連を調査する予定である.長管骨骨折モデルや変形性関節症モデルによる検討を開始しており,次年度には結果が得られる予定である.加齢に伴う変化を明らかにする目的で,GM3合成酵素、GD3合成酵素、GalNAc-T遺伝子欠損マウスを1年齢まで観察し,骨,軟骨の形態的,機能的異常の有無を調査する.長管骨骨折モデルおよび変形性関節症モデルを作製し、その治癒過程や変性の進行や程度について各遺伝子改変マウスと野生型マウスを比較検討する.

ガングリオシド合成酵素遺伝子欠損によるガングリオシド発現プロファイルの変化によってサイトカイン/ホルモンに対する細胞応答性がどのように変化するかを明らかにする.これまでの知見をもとに炎症性サイトカインに対する反応性を中心に評価する予定である.骨芽細胞に特異的に発現するI型コラーゲンα1鎖(Col1a1)遺伝子のプロモーターを用いた骨特異的Ugcg遺伝子欠損マウスを作製する。該当なし。