hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模コーパスを利用した音声・音響信号の自動分類と音声認識への応用

音声コーパスの拡大および計算機の性能向上により,音声認識の高性能化が図られている.しかし音声や音響信号には話者性や背景雑音など多様性があり,それが認識率低下の原因ともなっている.本研究ではクラスタリング技術を用い,音声・音響信号の多様性による音声認識の性能劣化の問題に取り組んだ.本研究では日本語大規模音声コーパスを用い,性質の類似した信号をクラス別にまとめ,クラスごとにモデルを構築し音声認識の性能向上を図った.研究ではガウス混合分布(GMM)ベースのモデルのみならず近年注目されているディープニューラルネットワーク(DNN)も用い検討した.音声コーパスの拡大および計算機の性能向上による演算スピートの増加により,高精度な音声認識が可能となりつつある.しかし音声や音響信号には多様性があり,常に良好に認識できるわけではない.話者による性能劣化,雑音や残響などの影響など,多くの問題点が残されている.本研究ではクラスタリング技術を用い,音声・音響信号の多様性による音声認識の性能劣化の問題に取り組む.信号の特徴を利用して自動分類により性質の類似した信号をクラス別にまとめ,クラスごとモデルを構築し性能向上を目指すことを目的としている.以上を実現する手段として,話者クラス音響モデルを用いた音声認識の検討を行った.日本語話し言葉コーパス(CSJ)に含まれる学習話者をクラス分けし,102667クラスと様々な話者クラスを自動分類により設定し,音響モデルを作成した.話者クラス音響モデルを用いるに当たって重要な点は,いかにして多数の話者クラスモデルから,入力音声に適した話者クラス音響モデルを選択するかである.本研究では確率モデルを使用しているため対数尤度を利用して選択を行った.この場合単純な方法では話者クラスの数の分だけ認識プロセスを実行する必要がある.しかし計算量の観点から現実的ではない.そこでマルチパス音声認識法を用い,第一パスで不特定話者音響モデルを使用して認識候補を絞りこみ,第二パスで多数の話者クラスモデルを使って尤度計算することにより計算量を削減する.しかしこの場合,第一パスと第二パスのモデルが一致していないため認識性能の劣化が起こる.そこで更に第二パスで選択した話者モデルを使用して,再認識することにより性能向上を図る.以上により計算量を削減しつつ認識性能の劣化を防ぐことができる.以上の提案法が認識実験により有効であることが確認された.音声コーパスの大規模化,特に多数話者の音声コーパスが利用可能になったことで,不特定話者の音声でも高精度な音声認識が可能となりつつある.しかし音声には多様性があり,常に良好に認識できるわけではない.本研究では音声・音響信号のクラスタリング技術を用い,多様性による音声認識の性能劣化の問題に取り組む.信号の特徴を利用して自動分類により性質の類似した信号をクラス別にまとめ,クラスごとに音響モデルを構築し性能向上を目指すことを目的としている.以上を実現する手段として,話者クラス音響モデルを用いた音声認識の検討を行っている.日本語話し言葉コーパス(CSJ)に含まれる学習話者をクラス分けし,963個の話者クラスを自動分類により設定し,音響モデルを作成した.音響モデルとしては従来から広く隠れマルコフモデル(HMM)が利用されている.これまでHMMの状態出力確率の表現としては混合ガウス分布(GMM)が使われてきた.しかし近年ディープニューラルネット(DNN)を用いた音声認識が高い性能を示し注目されている.DNNによって状態出力確率を求めるHMMをDNN-HMMと呼ぶ.以上を考慮し従来のGMM-HMMではなく新たにDNN-HMMで話者クラス音響モデルを作成し認識実験を行った.CSJのテストセットを用いた評価では,GMM-HMMと比較しベースラインの性能が大幅に向上することが分かった.さらにDNN-HMMに基づく話者クラスモデルを使用することにより,更なる性能向上が得られることが示された.さらに本研究では,最尤推定による重みづけをおこない、複数のモデルの出力の統合を行った.その結果1つの話者クラスモデルを利用する場合と比較し,より高い性能が得られることが分かった.音声コーパスの拡大および計算機の性能向上による演算スピートの増加により,高精度な音声認識が可能となりつつある.しかし音声や音響信号には多様性があり,常に良好に認識できるわけではない.話者による性能劣化,雑音や残響などの影響など,多くの問題点が残されている.本研究ではクラスタリング技術を用い,音声・音響信号の多様性による音声認識の性能劣化の問題に取り組んだ.手法としては信号の特徴を利用して自動分類により性質の類似した信号をクラス別にまとめ,クラスごとモデルを構築し認識に利用する.特に本研究では近年整備が進んでいる大規模音声コーパスを用い,従来十分検討されていなかった数百から数千の大規模なクラスタリングを試み,その効果の検討を行った.当初の予定では従来から用いられているガウス混合分布(GMM)ベースの隠れマルコフモデル(HMM)であるGMM-HMMを音響モデルとして用いる予定で,当初は予定通りGMM-HMMを用いて検討を行った.一方,近年深層学習(Deep Learning)にもとづくニューラルネットワーク,すなわちディープニューラルネットワーク(DNN)が音響モデルとして高い性能が得られることが分かってきた.このため期間の途中よりDNN-HMMを音響モデルとして用い,そのモデルのクラスタリンスについても検討した.検討の結果,従来のGMM-HMMにおいてもDNN-HMMでも,話者クラスタリングに基づく音響モデルは音声認識に有効であることが分かった.また話者クラスDNN-HMMについて,複数の話者クラスモデルに重みをつけて使用することの有効性を示した.また最終年度は雑音環境において,雑音の種類別にDNNでモデル化することの有効性を示し,音声検出に利用できることを示した.

音声コーパスの拡大および計算機の性能向上により,音声認識の高性能化が図られている.しかし音声や音響信号には話者性や背景雑音など多様性があり,それが認識率低下の原因ともなっている.本研究ではクラスタリング技術を用い,音声・音響信号の多様性による音声認識の性能劣化の問題に取り組んだ.本研究では日本語大規模音声コーパスを用い,性質の類似した信号をクラス別にまとめ,クラスごとにモデルを構築し音声認識の性能向上を図った.研究ではガウス混合分布(GMM)ベースのモデルのみならず近年注目されているディープニューラルネットワーク(DNN)も用い検討した.26年度は中間評価および再検討のフェーズである.またシステム統合についての検討も予定していた.研究計画を立案した時期と大きく状況が異なるのは,ディープニューラルネットに基づく音声認識の飛躍的な性能向上が示され,音響モデルとして従来のGMM-HMMではなくDNN-HMMを用いた認識システムが一般化しつつあるという点である.本研究ではこの状況を踏まえ,話者クラスモデルについても従来のGMM-HMMではなくDNN-HMMベースで検討を進めるという変更を行った.この結果まずベースラインをDNN-HMMに変更することで大幅な性能向上が得られ,さらに話者クラスモデルを用いることで更なる性能向上が得られることが分かった.以上より当初想定していた認識性能を既に超えており,またDNN-HMMベースでも話者クラスモデルの有効性が示されたことで,計画としては順調であると判断した.音声情報処理27年度はまとめの年であると同時に雑音環境について検討を行うと,当初目的で掲げていた.しかし本計画を推進する過程においてディープニューラルネットの検討が重要であることが分かっている.このため雑音環境についての検討は最小限に留め,ディープニューラルネットを使った話者クラスの検討をさらにすすめる.これまでの検討では話者クラスごとにニューラルネットを設計し,複数併用する場合は尤度による重みづけをするという方法を検討してきた.一方話者クラスの設計からすべてニューラルネットで行うという方法も考えられる.よって本年度はニューラルネット学習の段階で話者クラスの情報を入力し,ニューラルネットの構築を行う方法を検討する.雑音環境については雑音の分類をニューラルネットで行い,それを音声検出に応用できるか検討する.25年度は基本検討のフェーズであり,目標として効果的なクラスモデルの作成とクラスモデル選択手法の検討を挙げている.クラスモデルについては既に10クラスから,最大2667クラスの作成と,その実験を終了している.話者クラスモデルに関しては,数クラス程度の検討は従来から行われているが,100を超えるクラスモデルを学習し認識に用いる検討は,殆ど行われていない.実験の結果
コロナ放電の基礎研究

私は昨年度から引き続き,自作の大気圧コロナ放電デバイスと質量分析計を組み合わせ,一世紀もの間不明であった「負イオンの生成機構と発展挙動」の解明に取り組んできた.自然放電現象の1つ"セントエルモの火"として知られるコロナ放電は,現代の産業応用や微量化学分析の研究分野における基盤デバイスとなっている.しかし,コロナ放電の基礎過程および放電内での負イオンの生成機構は非常に複雑とされ,過去にそれらの詳細は明らかにされていなかった.今年度は,コロナ放電内の負イオン生成を支配する因子の特定を目的とし,研究を行った.具体的には,非対称のニードル-平板電極配置を使用し,平板電極に到達する負イオンの空間分布の計測,平板表面に形成した放電痕跡を利用した電界の視覚化,放電痕跡の表面分析,電極間に発生する電界分布の理論計算を行った.昨年度の対称電極配置で得られた実験・理論結果をふまえ,1)負コロナ放電内の負イオンの生成と発展は,ニードル先端から放出される電子の運動エネルギーに支配される,2)放電内で起こるイオン発展は電気力線に沿って進行する,3)1),2)の結果は任意の電極配置で成り立つことを証明した.負コロナ放電の物理的性質(電子の運動エネルギー)と化学的性質(イオン分子反応)の関係に着眼し関連性を見出したのは,本研究が初めてであった.さらに,電子の運動エネルギーを0120eVの間で自在に変化させることのできる実験系を構築し,水酸化物イオンHO^-,窒素酸化物系イオンNO_x^-,炭酸系イオンCO_x^-をはじめとした様々な大気成分由来の負イオンY^-の生成に対して,各々の最適放電条件を見出すことに成功した.これにより,これまでほとんど報告例のなかった様々な負の大気イオン水クラスターY^-(H_2O)_n(Y=O_2^-,HCN^-,HO_x^-,NO_x^-,CO_x^-)のマススペクトルを取得し,各種負イオンの第一水和殻およびマジック数に関する新たな知見を得ることができた.私は今年度,コロナ放電の基礎研究として,一世紀もの間不明であった「負イオンの生成機構と発展挙動」の解明に取り組んできた.コロナ放電は,現代の産業応用や微量分析化学の研究分野における基盤デバイスになっている.しかし,コロナ放電の基礎過程および放電内での負イオンの生成機構は非常に複雑とされ,過去にそれらの詳細は明らかにされていなかった.本研究では,大気圧コロナ放電質量分析を使った実験と電界分布に関する理論計算を行い,放電内での負イオン発展を支配する因子の特定に初めて成功した.これまでの研究において,水酸化物イオンHO^-,窒素酸化物イオンNO_x^-および炭酸系イオンCO_x^-を安定に再現性良く生成することのできる放電デバイスを構築していた.NO_x^-とCO_x^-は一次イオンからの発展過程を経て最終的に生成する長寿命イオン(>1s),HO^-は一次イオンO^-からNO_x^-生成への反応中間体で短寿命(〓10^<-3>s)とされる.本研究では,作成した放電デバイスを使用し,HO^-,NO_x^-およびCO_x^-の生成条件を特定した.これらのイオン種の生成に関与する発展過程はニードル先端表面に発生する電界分布に関連があると推測し,この仮説を証明するために,平板電極に到達する負イオンの空間分布を計測,平板表面に形成した放電痕跡を利用した電界の視覚化,加放電痕跡の表面分析,ニードル先端に発生する不平等電界分布の理論計算を行った.その結果,高電界強度(>10^8Vm^<-1>)を持つニードル最先端領域では長寿命イオンNO_x^-とCO_x^-,先端から外れた周囲の低電界領域(〓10^7Vm^<-1>)では短寿命イオンHO^-が生成することを明らかにした.すなわち,負イオンの生成機構およびその発展挙動は,ニードル先端に形成される不平等電界に支配されると結論付けられた.今年度の研究成果は,2つの国際学術雑誌および5つの国際・国内学会において発表した.第56回質量分析総合討論会,および第32回静電気学会全国大会において高い評価を受け,いずれも優秀賞等を受賞した.私は昨年度から引き続き,自作の大気圧コロナ放電デバイスと質量分析計を組み合わせ,一世紀もの間不明であった「負イオンの生成機構と発展挙動」の解明に取り組んできた.自然放電現象の1つ"セントエルモの火"として知られるコロナ放電は,現代の産業応用や微量化学分析の研究分野における基盤デバイスとなっている.しかし,コロナ放電の基礎過程および放電内での負イオンの生成機構は非常に複雑とされ,過去にそれらの詳細は明らかにされていなかった.今年度は,コロナ放電内の負イオン生成を支配する因子の特定を目的とし,研究を行った.具体的には,非対称のニードル-平板電極配置を使用し,平板電極に到達する負イオンの空間分布の計測,平板表面に形成した放電痕跡を利用した電界の視覚化,放電痕跡の表面分析,電極間に発生する電界分布の理論計算を行った.昨年度の対称電極配置で得られた実験・理論結果をふまえ,1)負コロナ放電内の負イオンの生成と発展は,ニードル先端から放出される電子の運動エネルギーに支配される,2)放電内で起こるイオン発展は電気力線に沿って進行する,3)1),2)の結果は任意の電極配置で成り立つことを証明した.負

コロナ放電の物理的性質(電子の運動エネルギー)と化学的性質(イオン分子反応)の関係に着眼し関連性を見出したのは,本研究が初めてであった.さらに,電子の運動エネルギーを0120eVの間で自在に変化させることのできる実験系を構築し,水酸化物イオンHO^-,窒素酸化物系イオンNO_x^-,炭酸系イオンCO_x^-をはじめとした様々な大気成分由来の負イオンY^-の生成に対して,各々の最適放電条件を見出すことに成功した.これにより,これまでほとんど報告例のなかった様々な負の大気イオン水クラスターY^-(H_2O)_n(Y=O_2^-,HCN^-,HO_x^-,NO_x^-,CO_x^-)のマススペクトルを取得し,各種負イオンの第一水和殻およびマジック数に関する新たな知見を得ることができた.
母子分離による脳の形成不全に対する代理母の効果－ラットを用いた形態機能学的解析

乳幼児期に虐待を受けると脳の構造や機能の形成・成熟に影響を受け,生涯持続する精神疾患を生じるリスクが高い.動物実験においては授乳期の実母からからの隔離(母子分離)がネグレクトによる虐待に相当する.本研究課題では脳の形成・成熟に対する代理母の影響について,中枢神経細胞内に存在する脳内化学物質を指標としてラットを用いて調べた.代理母として,仔育て経験のないメス(FN),実仔を育てた経験のあるメス(FP),実験対象の仔ラットとは別の実仔に授乳中のメスを準備し(FL),実母(OM)による養育をポジティヴコントロール,どのメスとも関わりない母子分離(MS)をネガティヴコントロールとした.また,乳児期の脳の形成・成熟が青年期に受ける単発のストレスからの回復に影響することから,思春期に相当するyoung-adultラットに身動きできない円筒内に拘束するストレスを負荷し,同様に代理母の影響を観察した.実験動物の作成,顕微鏡標本の作成は完了したが,間脳および終脳の全領域における4種以上の脳内化学物質の量的変化を対象としているため,研究成果の解析が追いついていない.そのなかで,分界条床核,室傍核,扁桃体核におけるcorticotropin-releasing factor(CRF)細胞数がFPラット養育のラットにおいて減少していた.またFPラット養育のラットにおいては拘束ストレス負荷後のCRF細胞数が増加していた.以上のことから実子を育てた経験のあるラットによる飼育は仔ラットの脳の形成に何らかの影響を及ぼしている可能性が考えられる.しかし,他の代理母による影響や他の脳内化学物質についての解析を進めることで,脳の構造や機能の形成・成熟を総合的に解明する必要がある.乳幼児期に虐待を受けると脳の構造や機能の形成・成熟に影響を受け,生涯持続する精神疾患を生じるリスクが高いが,保母や養母が関わることによりこれら危険因子を回避できる可能性が高い.動物実験においては母子分離が危険因子の一つとされ,母子分離により成長後の脳内化学物質の含有量が種々の脳部位で変化し,またストレスからの回復も悪いと報告されている.しかし保母や養母と想定しうる代理母を用いた研究はない.そこで本研究では,1ー4の代理母ラットを仕立て,1)脳の正常な成長に効果的な代理母のタイプ,2)ストレスからの回復に効果的な代理母のタイプ,3)脳の成長にキーとなる接触時期を明らかにし,子にとって理想的な代理母像を考察することである.代理母ラットおよびコントロールの種類は次の通り.1母子分離中のみ,過去に子育てを数回経験したラットと同居(分離時以外は実母に戻る),2母子分離中のみ,未経産ラットと同居(分離時以外は実母に戻る),3出生後から離乳まで,本来の母とは別の授乳可能なラットと同居,4出生後から離乳まで,人工哺乳装置のもとで未経産ラットと同居,5出生後から離乳まで実母と同居させ,母子分離なし(ネガティヴ・コントロール),6母子分離中の同居なし(ポジティヴ・コントロール)(分離時以外は実母に戻る)27年度は本研究の基礎となる,成長後のストレス負荷(拘束ストレス)が脳に与える影響についての観察に留まった.出生後から離乳まで実母と同居させ,母子分離のないネガティヴ・コントロール(代理母5)49日齢のラットにストレスを与え,免疫組織化学染色により同定しうるACTH,CRF,オキシトシンの脳内分布をストレスを負荷しないグループと比較した.使用した抗体の特異性の検証などのため,まだ十分な比較は出来ていないが,テクニカル面での支障は解決している.使用する抗体の特異性の検証と,母子分離モデルを作成するためのスケジュール調整(実験補助者の確保を含む)が困難であったため,当初の研究計画からやや遅れが生じた.乳幼児期に受けた虐待による脳の構造や機能の形成・成熟に対する影響が,保母や養母が関わることによりどのように回避できるかについて,動物実験により検証するものである.動物実験で危険因子とされる母子分離により成長後の脳内化学物質の含有量が種々の脳部位で変化し,またストレスからの回復も悪いと報告されている.しかし保母や養母と想定しうる代理母を用いた研究はない.そこで本研究では,1ー5の代理母ラットを仕立て,a)脳の正常な成長に効果的な代理母のタイプ,b)ストレスからの回復に効果的な代理母のタイプ,c)脳の成長にキーとなる接触時期を明らかにし,子にとって理想的な代理母像を考察する.代理母ラットおよびコントロールの種類は次の通り.1母子分離中のみ子育て経験のあるラットと同居(分離時以外は実母に戻る),2母子分離中のみ未経産ラットと同居(分離時以外は実母に戻る),3出生後から離乳まで,本来の母とは別の授乳可能なラットと同居,4出生後から離乳まで実母と同居(母子分離なし:ネガティヴ・コントロール),5母子分離中の同居なし(ポジティヴ・コントロール:分離時以外は実母に戻る)28年度は1から5の母(代理母)のもとで育った動物を作成し,上記a)および一部b)の標本作成を行った.免疫組織化学染色による各種脳内物質の染色は大きなトラブルなく行えているため,比較検討のための準備は出来ていている.29年度はb)の例数を増やし,c)に関する検討を行うとともに,データの解析・考察を行う.27年度の母子分離モデルを作成するためのスケジュール調整(実験補助者の確保を含む)の困難さに起因する当初の研究計画の遅れが,28年度にも影響した.

乳幼児期に虐待を受けると脳の構造や機能の形成・成熟に影響を受け,生涯持続する精神疾患を生じるリスクが高いが,保母や養母が関わることによりこれら危険因子を回避できる可能性が高い.動物実験においては母子分離が危険因子の一つとされ,母子分離により成長後の脳内化学物質の含有量が種々の脳部位で変化し,またストレスからの回復も悪いと報告されている.本年度は1ー5の代理母およびコントロールラットを仕立て,1)脳の正常な成長に効果的な代理母のタイプ,2)思春期に受けるストレスからの回復に効果的な代理母のタイプを解明するための実験を行った.代理母ラットおよびコントロールの種類は次の通りである.1母子分離中のみ,過去に子育てを数回経験したラットと同居させる(分離時以外は実母に戻る),2母子分離中のみ,未経産ラットと同居させる(分離時以外は実母に戻る),3出生後から離乳まで,本来の母とは別の授乳可能なラットと同居させる,4出生後から離乳まで実母と同居させ,母子分離はしない(ネガティヴ・コントロール),5母子分離中,実母あるいは代理母ラットとの同居はなし(ポジティヴ・コントロール)(分離時以外は実母に戻る).上記1)の脳の成長に関しては神経化学物質であるオキシトシン,バソプレシン,CRF,カルレチニンを含有する神経細胞数の計測をおこなった.上記2)の負荷するストレスとしてラットが身動きできないような円筒内に拘束した.これらの実験により作成する動物の目標とする例数は達成している.現在,顕微鏡標本作成およびデータの収得に取り組んでいるところである.新生ラットを用いる実験であるが,繁殖の失敗が続いたため実験が遅延した.また,当初予定した研究補助のための人材が確保できず,研究者の業務の多忙と合まったため研究の遂行に想定以上の時間を要した.乳幼児期に虐待を受けると脳の構造や機能の形成・成熟に影響を受け,生涯持続する精神疾患を生じるリスクが高い.動物実験においては授乳期の実母からからの隔離(母子分離)がネグレクトによる虐待に相当する.本研究課題では脳の形成・成熟に対する代理母の影響について,中枢神経細胞内に存在する脳内化学物質を指標としてラットを用いて調べた.代理母として,仔育て経験のないメス(FN),実仔を育てた経験のあるメス(FP),実験対象の仔ラットとは別の実仔に授乳中のメスを準備し(FL),実母(OM)による養育をポジティヴコントロール,どのメスとも関わりない母子分離(MS)をネガティヴコントロールとした.また,乳児期の脳の形成・成熟が青年期に受ける単発のストレスからの回復に影響することから,思春期に相当するyoung-adultラットに身動きできない円筒内に拘束するストレスを負荷し,同様に代理母の影響を観察した.実験動物の作成,顕微鏡標本の作成は完了したが,間脳および終脳の全領域における4種以上の脳内化学物質の量的変化を対象としているため,研究成果の解析が追いついていない.そのなかで,分界条床核,室傍核,扁桃体核におけるcorticotropin-releasing factor(CRF)細胞数がFPラット養育のラットにおいて減少していた.またFPラット養育のラットにおいては拘束ストレス負荷後のCRF細胞数が増加していた.以上のことから実子を育てた経験のあるラットによる飼育は仔ラットの脳の形成に何らかの影響を及ぼしている可能性が考えられる.しかし,他の代理母による影響や他の脳内化学物質についての解析を進めることで,脳の構造や機能の形成・成熟を総合的に解明する必要がある.
ＲＮＡ代謝を標的とする新規薬剤の探索

細菌感染症の化学療法において多剤耐性菌の出現は重大な問題となっている。このような問題に対抗するため、本研究では、Hfqタンパク質の過剰発現による細胞分裂阻害を指標とした新規スクリーニング系を構築した。土壌分離菌のライブラリーを用いて探索を行った結果、Hfq過剰発現株のコロニー形成を回復させるサンプルを27サンプル見出した。特に活性の強かった2サンプルについてLC-MS解析などにより構造を決定した結果、RavidomycinおよびStreptovaricin Cと同定された。本研究により得られた薬剤は、細菌(病原菌)の増殖やストレス応答、病原因子の発現などを抑制することが期待できる。Hfqタンパク質の過剰発現はFtsZタンパク質の合成低下を引き起こし、細胞分裂を阻害する。この分裂阻害を指標にし、Hfqの関わるRNA代謝を標的とした新規スクリーニング系を構築した。具体的にはHfqの発現がIPTG誘導可能な菌株JM109/pHFQ701を含んだ寒天プレート上に、サンプル溶液を浸み込ませたペーパーディスク(直径8 mm)を置き、30°Cで培養し、ペーパーディスクの周辺にコロニー形成が見られるようなサンプルを探索した。まず、既知の薬剤を用いて探索を行った結果、Rifampicinが濃度依存的に生育を回復することを見出した。RifampicinはRNA合成阻害剤であり、RNA合成を介してHfqタンパク質の発現を調節している可能性が考えられる。これにより、本スクリーニング系の有効性が示された。続いて、これまでに収集した土壌分離菌のライブラリーを用いて探索を行った。その結果、コロニー形成を回復させるサンプルを3サンプル見出した。これらはRifampicinとは異なる挙動を示した。本スクリーニング系により、Hfqタンパク質の発現を抑制する化合物やHfqの機能を抑える化合物が見出されてくると考えられる。そのような薬剤が見出されることにより、細胞分裂および酸化ストレス防御機構、酸耐性機構に関与する遺伝子発現を抑制できると思われる。これまでRNA代謝を標的とした薬剤は見いだされていないため、新規標的を有する薬剤を得られることが期待できる。平成24年度はこの分裂阻害を指標にした新規スクリーニング系を構築した。構築したスクリーニング系を用い、これまで収集した土壌分離菌のライブラリーを用いて探索を行った結果、Hfq過剰発現株のコロニー形成を回復させるサンプルを27サンプル見出した。得られた2サンプルについてLC-MS解析などにより構造を決定した結果、RavidomycinおよびStreptovaricin Cと同定された。Ravidomycinはアミノ糖を含むアリールC-グリコシド系抗生物質でありRNA合成を阻害する。また、Streptovaricin CはRNA合成およびタンパク質合成を阻害する抗生物質である。本スクリーニング系では、既知のRNA合成阻害剤であるRifampicinが活性を示しており、本結果は理にかなった結果と考えられ、本スクリーニング系の有効性がさらに示された。本研究により見出された薬剤は、Hfqタンパク質の発現を抑制する、もしくはHfqの機能を抑える化合物であると考えられる。いくつかの病原菌において、Hfqホモログが病原性の発現に関与することが報告されている。本研究により得られた薬剤は、細菌(病原菌)の増殖やストレス応答、病原因子の発現などを抑制することが期待でき、細菌の遺伝子発現制御機構の新たな側面が明らかになることが期待できる。また、このようなRNA代謝反応を標的とした薬剤の探索はこれまで全く行われておらず、新規化合物が得られる可能性が高い。近年の多剤耐性菌に対抗できるような薬剤開発のためのリード化合物となることも期待される。具体的にはHfqの発現がIPTG誘導可能な菌株JM109/pHFQ701を含んだ寒天プレート上に、サンプル溶液を浸み込ませたペーパーディスク(8 mm径)を置き、30°Cで培養し、ペーパーディスクの周辺にコロニー形成が見られるようなサンプルを探索した。これにより、本スクリーニング系が有効性であることが示された。続いて、連携研究者(東京工業大学大学院生命理工学研究科和地正明教授)がこれまでに収集した土壌分離菌のライブラリーを用いて、培養サンプルを直接プレートに置く方法で探索を行った。その結果、抗菌検定の標準菌としたコリネ型細菌の生育は阻害せず、菌株JM109/pHFQ701の生育を阻害するサンプルを見出した。

これらのサンプルはグラム陽性菌には作用せず、グラム陰性菌に作用することが期待され、新規薬剤となる可能性がある。本スクリーニング系ではそのような化合物も探索できることが示された。構築されたスクリーニング系により、Hfqタンパク質の発現を抑制する化合物やHfqの機能を抑える化合物が見出されてくると考えられる。そのような薬剤が見出されることにより、細胞分裂および酸化ストレス防御機構、酸耐性機構に関与する遺伝子発現を抑制できると思われる。構築したスクリーニング系の有効性が確認でき、土壌分離菌のライブラリーからHfqタンパク質の発現を抑制するもしくはHfqの機能を抑えると思われる化合物を得ることができた。東日本大震災の影響により研究の開始が遅れ、また、節電等により研究時間が減少したため。今年度に引き続き、昨年度構築された系を用いてHfqの関わるRNA代謝に作用する化合物のスクリーニングを押し進める。また、今年度見出された化合物について構造を決定する。さらに、RNA代謝を標的とする薬剤について得られた結果をまとめ、研究成果として発表する。平成23年度に構築されたスクリーニング系を用い、連携研究者(東京工業大学大学院生命理工学研究科和地正明教授)所有のケミカルライブラリーおよびこれまでに収集した土壌分離菌のライブラリーを利用し、Hfqの関わるRNA代謝に作用する化合物のスクリーニングを押し進める。スクリーニングにより見出された化合物については精製および構造決定を行う。今年度は研究費を効率的に使用したため、未使用額が発生した。未使用額については、次年度の計画遂行のために使用する。研究費は主に必要な試薬、器具類の購入のために消耗品費として使用する。また、2013年6月メキシコにて開催の国際シンポジウム「12th International Symposium on the Genetics of Industrial Microorganisms(GIM-2013)」において研究成果発表を行うための国外旅費として使用する。研究費は主に研究に必要な試薬、器具類の購入のための消耗品費として使用する。また、2013年3月に開催予定の「日本農芸化学会2013年度大会」において研究成果発表を行うための国内旅費として使用する。
アミロイドβの蓄積をもたらすシナプスの分子的実態の解明

脳内でのアミロイドβ(Aβ)の蓄積がアルツハイマー病(AD)の原因とされるが、特にその大部分を占める孤発性ADにおいて、Aβがなぜ蓄積するかは不明である。我々は、Aβが蓄積しやすい脳内の領域に特徴があることに着目し、ヒト剖検脳を用いて、Aβの領域分布とAβ代謝に関与する分子の領域分布を比較検討していくことで、ポストシナプスマーカーであるPSD95の領域分布が、孤発性ADのAβの領域分布とよく相関することを見出し、シナプスが何らかの形でAβの蓄積に関与すると想定した(Shinohara et al., Brain 2014)。その分子的実態をさらに解明するため、近年報告されている神経活動依存的なAβ代謝作用に着目して動物モデルでの検討を進めたが、ヒト剖検脳のデータを裏付ける傍証は得られず、むしろ神経活動依存的なAβ代謝自体が特定の条件等でしか起きないことを示唆するプレリミナリーな結果も得られた。そこで本研究では、1この神経活動依存的なAβ代謝を、より生理的な状態を反映するための妥当な実験方法も取り入れてさらに検証するとともに、2シナプスが神経活動以外の機序でAβ蓄積をもたらす可能性も視野に入れ、他の側面にも着目し、動物モデルやヒト剖検脳を解析する、という2つの独立したアプローチを取り入れることで、シナプスが脳内のAβの蓄積をもたらす分子機序を明らかにすることを目的とする。当該年度は、まずこれらの研究に必要な動物モデルやマイクロダイアリシスやELISA等の解析系、ヒト剖検脳などの、導入や立ち上げを行った。その中で、我々が従来用いていたものより、より高感度で安価な、Aβやその前駆体であるAPP代謝物を測定するELISAの導入や改良に成功した。ヒト剖検脳の入手に関しては、倫理委員会などの承認済みであるが、検体を実際に準備する共同研究者の理解や協力が得られるよう引き続き尽力している。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ゲノム不安定性を誘発する先天性稀少疾患と小児がんコホートの分子遺伝疫学調査

ゲノム不安定化を誘発する先天性希少疾患及び小児がん症例を海外拠点の患者家族会や研究者、臨床医、関連施設・病院の協力のもと収集し、ゲノム・分子疫学調査を実施した。DNA損傷応答・DNA修復機構の異常により小頭症や発育異常、好発がん性、早期老化症状、各種奇形などを示す症例を収集した。主に、ヨーロッパやアジア、アメリカの患者で疾患原因が未同定である症例を集めた。中国では、北京大学、上海交通大との連携を主として、DNA修復の異常により小頭症を示す症例、免疫不全・白血病等のゲノム不安定性により造血機能異常あるいは血液がん等を発症する症例サンプルの収集に力を入れた。イギリスあるいはイタリアでは、DNA修復の異常により好発がん性を示す色素性乾皮症や小頭症を示すコケイン症候群症例サンプルを、ロシアおよびベラルーシでは小児/若年性がんサンプルの収集に注力した。収集した症例は、国内にてゲノム解析及び疾患原因変異の特定を実施した。具体的には、次世代ゲノム解析(全エキソーム解析、全ゲノム解析)およびDNA修復アッセイにより疾患原因の特定を試みた。また、これまで収集した様々なゲノム不安定性疾患のうち、コケイン症候群に関して、病態と疾患原因変異について、海外の共同研究拠点および患者家族会と協力して情報の集約を進め、迅速な臨床診断に役立てることを目指し、協議を進めた。結果の一部については論文報告した(Calmels et al. Journal of Medical Genetics, 55: 329-343, 2017)。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。対象疾患は、DNA損傷応答やDNA修復システムの異常によりゲノムの不安定化を誘発し、好発がん性や早期老化、小頭症、発育異常、奇形など種々の病態を示す遺伝性疾患全般とした。本研究期間は特に、DNA修復機構の1つであるヌクレオチド除去修復機構の先天的な欠損によって発症するコケイン症候群や色素性乾皮症、およびそれらの類似症例の収集に力を入れた。コケイン症候群に関しては、ヨーロッパとアジアを中心に、色素性乾皮症に関しては主にヨーロッパとアメリカでの症例収集に取り組んだ。収集した症例は、研究代表が運営しているゲノム不安定性研究拠点にて疾患原因変異の特定を行った。これらの多くでは、既知の疾患原因遺伝子上に責任変異が確認されたが、一部の症例では、新規の疾患関連遺伝子が同定された。これらの新規遺伝子に関してはさらに詳細な分子機能解析を実施し、DNA損傷応答あるいはDNA修復システムにおける機能の解明、あるいは遺伝子変異と病態との関係解明に取り組んだ。また、チェルノブイリ原発事故関連の小児がんコホート試料の収集と次世代ゲノム解析を実施し、好発がん性に寄与する新たな分子メカニズムの探索を実施した。今後は、対象疾患を広げて、更なるゲノム不安定性症例の収集を進める予定である。ヌクレオチド除去修復機構の先天的な欠損によって発症するコケイン症候群や色素性乾皮症、およびそれらの類似症例の収集を行った。コケイン症候群及びその類似症例は、イギリスの患者家族会、イギリスおよび中国の専門病院の医師、イギリス及びイタリアなどで臨床医と連携して症例解析を行っている研究者及び研究機関等を通して、多数の症例が集まった。色素性乾皮症及びその類似症例に関しては、イギリスやアメリカの患者家族会、イギリスの専門病院の医師・研究者および関連研究施設より収集した。症例提供元での解析によって疾患原因が特定されなかった症例を優先的に収集した。これらの症例は、研究代表者らの研究拠点にて、DNA修復活性の評価とゲノム解析を実施し、疾患原因変異の特定を行った。多くの症例では、既知の遺伝子上に疾患原因と考えられる変異が確認されたが、未知の遺伝子異常が疾患原因であることが疑われた症例については、次世代ゲノム解析(exome解析)を実施した。その結果、コケイン症候群が疑われた症例で、新規の疾患責任遺伝子変異が同定された。本症例は、転写と共役したヌクレオチド除去修復機構の活性が僅かに低下していることが以前に示されており、遺伝子異常とDNA修復活性の関係を含め、再度詳細な解析を進めることとした。チェルノブイリ原発事故に関連した小児がんコホート試料について、現地研究施設を通して収集を行い、次世代ゲノム解析を実施し、好発がん性への寄与が疑われるいくつかの候補因子を得た。以上のように、症例収集およびゲノム解析とも順調に進展している。本研究期間は、DNA損傷応答・DNA修復機構の異常により小頭症や発育異常などを示す症例の収集に力を入れた。また、アジア、ロシア、ヨーロッパの症例を中心に、小児/若年性がんサンプルのほか、免疫不全などゲノム不安定性により造血機能異常を示す症例について収集を進めた。収集したこれらの症例は、国内でゲノム解析及び疾患原因変異の特定を行った。コケイン症候群が疑われ、新規の疾患責任遺伝子変異が同定された症例に関して、本遺伝子XとDNA損傷応答あるいはDNA修復システムとの関係を明らかにするため、より詳細な分子機能解析に取り組むと同時に、同遺伝子Xの異常で疾患を発症している他の症例探索を進めた。

一方、既存の疾患と類似の病態を示すにも関わらず、既知の遺伝子に疾患原因変異が認められない症例も多数抽出されており、これらの症例に関しては、随時次世代ゲノム解析を進めている。また、これまで収集した様々なゲノム不安定性疾患のうち、コケイン症候群に関して、病態と疾患原因変異について、海外の共同研究拠点および患者家族会と協力して情報の集約を進めた。これらの情報を広く共有することで、迅速な臨床診断に役立てることを目指し、協議を行っている。引き続き、海外拠点を足がかりとして、ゲノム不安定性を示す症例および小児がん症例の収集を進めた。ゲノム不安定性を示す先天性の疾患群では、別疾患であっても、好発がん性、早期老化、発育異常など一部の病態がオーバーラップすることが知られる。特に、コケイン症候群やゼッケル症候群などが示す、小頭症や発育異常はゲノム不安定性疾患でしばしば観察される。そこで、これらの病態に着目し、イギリスやアメリカの患者家族会、研究者、医師、関連病院・研究施設を通して、広く症例を集めた。また、本研究期間では、小児/若年の患者で造血系に異常を示す症例の収集を積極的に進めた。特に、中国北京・上海の大学病院との連携強化に努めた。収集したサンプルは、国内でDNA修復活性評価およびゲノム解析による疾患原因の特定を試みた。いくつかの症例では、新規疾患原因と考えられる遺伝子異常を検出しており、今後、より詳細な解析が必要と考えられる。コケイン症候群疑いの症例から特定された、疾患原因変異をもつ新規の遺伝子Xは、当初DNA修復機構の1つであるヌクレオチド除去修復機構への関与が疑われたが、詳細な分子機能解析の結果、別のDNA損傷応答機構に関与する可能性が示唆され、解析を継続している。また、これまでに収集済みで、疾患原因が特定できていない症例に関して、本遺伝子Xの異常の有無を調査したところ、イギリスの症例で同遺伝子X上に疾患原因変異が確認された。以上のように、症例収集と疾患原因変異の同定および関連情報の蓄積が順調に進んでいる。ゲノム不安定化を誘発する先天性希少疾患及び小児がん症例を海外拠点の患者家族会や研究者、臨床医、関連施設・病院の協力のもと収集し、ゲノム・分子疫学調査を実施した。DNA損傷応答・DNA修復機構の異常により小頭症や発育異常、好発がん性、早期老化症状、各種奇形などを示す症例を収集した。主に、ヨーロッパやアジア、アメリカの患者で疾患原因が未同定である症例を集めた。中国では、北京大学、上海交通大との連携を主として、DNA修復の異常により小頭症を示す症例、免疫不全・白血病等のゲノム不安定性により造血機能異常あるいは血液がん等を発症する症例サンプルの収集に力を入れた。イギリスあるいはイタリアでは、DNA修復の異常により好発がん性を示す色素性乾皮症や小頭症を示すコケイン症候群症例サンプルを、ロシアおよびベラルーシでは小児/若年性がんサンプルの収集に注力した。収集した症例は、国内にてゲノム解析及び疾患原因変異の特定を実施した。
ミトコンドリアＤＮＡ結合タンパク質Ａｂｆ２の多様性と進化

酵母S. cerevisiaeのミトコンドリアDNA結合タンパク質Abf2の進化を明らかにするために、出芽酵母Y. lipolyticaと分裂酵母S. pombeのミトコンドリア核様体から、新規なDNA結合タンパク質として、それぞれMhb1とCmb1を同定した。Mhb1とCmb1は共にC末端側にHMGドメインをひとつ保持するタンパク質であり、本研究で両者のタンパク質のDNA結合性を明らかにした。さらに、Cmb1に対する抗体を作成し、Cmb1がミトコンドリアに局在し、S. cerevisiaeのAbf2の機能を相補できることを初めて明らかにした。酵母ミトコンドリアDNA結合タンパク質Abf2pの欠損がミトコンドリア核様体(mt核様体)およびミトコンドリアの形態、mt核様体のタンパク質組成におよぼす影響を明らかにした。この研究では、Abf2pが欠損しても娘細胞(芽)へのミトコンドリアの伝達はほぼ正常であるが、娘細胞へのmt核様体の伝達量が減少することを示し、ミトコンドリア・ゲノム伝達へのAbf2pの関与を指摘した。また、栄養成長定常期から単離したmt核様体を比較した限りでは、Abf2pの欠損は、mt核様体タンパク質組成全体に大きな変化をもたらさないことを示した(Miyakawa et al. 2010)分子。系統樹において、パン酵母Saccharomyces cerevisiaeから遠く離れた酵母のミトコンドリアに存在するAbf2pホモログの多様性について研究を行った。パン酵母やヒトのAbf2pは、DNA結合ドメインであるHMGドメインを2つ持つのに対して、炭化水素資化酵母Yarrowia lipolyticaのAbf2pホモログはC末端側にのみひとつのHMGドメインを保持することを私たちは示している。そこで、Y.lipolyticaのAbf2pホモログのN末端側とC末端側をそれぞれ、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)との融合タンパク質として大腸菌で発現誘導させ、グルタチオンカラムクロマトグラフィーにより粗精製した。これらのタンパク質を用いてゲルシフトアッセイ、DNAセルロースクロマトグラフィーを行い、DNA結合能を確認した。平成23年度はさらにこの研究を進め、完全精製したタンパク質試料を用いてAbf2pホモログのN末端側とC末端側の機能解析を行う予定である。分子系統樹において、パン酵母Saccharomyces cerviaeから遠く離れた酵母のミトコンドリアに存在するAbf2pホモログの多様性について研究を行った。パン酵母やヒトのAbf2pは、DNA結合ドメインであるHMGドメインを2つ持つのに対して、炭化水素資化酵母Yarrowia lipolyticaのAbf2pホモログはC末端側にひとつのHMGドメインを保持することを私たちは示している。そこで、Y.lipolyticaのAbf2pホモログの全長とN末端側およびC末端側をそれぞれ、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)との融合タンパク質として大腸菌で発現誘導させ、グルタチオンクロマトグラフィーによりほぼ単一バンドに精製した。これらのタンパク質を用いてDNA量に対して添加するタンパク質のモル比を一定にして、定量的にゲルシフトアッセイ、DNAセルロースクロマトグラフィー、スーパーコイル形成実験を行い、また蛍光顕微鏡観察によりDNA凝集能を観察した。その結果、いずれの発現タンパク質も環状DNA'にスーパーコイルを同程度形成することができるが、ゲルシフトアッセイではHMGドメインを含まないN末端側のほうが、HMGドメインを含むC末端側よりもはるかに強いDNA結合能を示すという興味深い結果を得た。また、明らかにN末端側部分がC末端側部分よりもDNAを凝集させる作用が強いことが分かった。進化的にはN末端側よりもC末端側でHMGドメインの保存性は高いが、N末端側に強いDNA結合性があることから、Abf2pホモログではN末端側半分とC末端側半分ではDNA結合性に関して異なる機能を有することが示唆された。分子系統樹において、パン酵母Saccharomyces cerevisiaeから遠く離れた酵母のミトコンドリア核様体に存在するDNA結合タンパク質,Abf2pホモログの多様性について研究を行った。平成25年度は分裂酵母Schizosaccharomyces pombeのミトコンドリア核様体で我々が新規に同定したDNA結合タンパク質Cmb1の機能について,昨年度の成果を発展させて研究を行った。まず,このCmb1タンパク質が,パン酵母のAbf2pの機能を相補できるかどうかについて調べた。パン酵母で働き,ガラクトース培地で発現誘導できる発現ベクターpYES2/CTにCmb1遺伝子を組み込み,パン酵母を形質転換した。Abf2p欠損株をガラクトース培地で培養すると,野生株に比べて細胞当たりのミトコンドリア核様体数の顕著な減少がみられた。しかし,Abf2p欠損株に発現ベクターを組み込んで,ガラクトース培地でCmb1タンパク質を発現誘導すると,細胞当たりのミトコンドリア核様体数は野生株と同程度まで回復した。

この結果は,Cmb1タンパク質がAbf2pの機能を相補できることを示している。次に,分裂酵母のCmb1欠損株の性質について調べた。これまでの観察では,Cmb1が欠損しても,細胞内のミトコンドリアおよびミトコンドリア核様体の形態に,野生株と大きな差異が見られなかった。そこで,培養温度を30°Cから37°Cにシフトして,詳しくミトコンドリア核様体の形態を観察した。その結果,37°Cでは野生株に比べて,Cmb1欠損株ではミトコンドリア核様体の凝集が顕著におきることを発見した。この結果は,分裂酵母において,高温ストレス時のミトコンドリア核様体の形態維持にCmb1が必要であることを示している。分子系統樹において、パン酵母Saccharomyces cerevisiaeから遠く離れた酵母のミトコンドリア核様体に存在するDNA結合タンパク質Abf2pホモログの多様性について研究を行った。平成24年度は分裂酵母Schizosaccharomyces pombeのミトコンドリア核様体を主に調べ、26 kDaのDNA結合タンパク質を同定した。このタンパク質は、部分アミノ酸配列から、DNA修復への関与が報告されているCmb1タンパク質であることが分かった。Cmb1タンパク質の細胞内局在性を調べるため、Cmb1-GFP融合遺伝子を酵母ゲノムに挿入し、融合タンパク質を発現する株を作成したところ、GFP蛍光は酵母細胞核ではなくミトコンドリア核様体に一致して見られた。次に、Cmb1タンパク質を大腸菌内でGST融合タンパク質として発現し、精製した。これを抗原としてマウスポリクローナル抗体を作成した。分裂酵母に対して間接蛍光抗体法を行うと、細胞核ではなくミトコンドリア核様体に一致した局在を示すことが明らかとなった。Cmb1タンパク質は、筆者らが明らかにしたYarrowia lipolytica Abf2pホモログと同様に、C末端側にHMGドメインをひとつのみ保持している。そこで、Cmb1タンパク質をN末端側およびC末端側に分割して大腸菌でGST融合タンパク質として発現し、精製した。ゲルシフトアッセイでDNA結合能を調べた結果、HMGドメインを含まないN末端側のほうが、HMGドメインを含むC末端側よりも強いDNA結合性を示すことが明らかになった。DNAを折り畳む能力として、プラスミドへのスーパーコイル形成能を調べたところ、Cmb1全長、N末端側部分、C末端側部分のいずれにもスーパーコイル形成能が見られた。Yarrowica lipolyticaのAbf2ホモログを全長,N末端側,C末端側に分けて大腸菌で発現精製し、定量的にDNA結合性を調べることで、構造的には明確なHMGDNA結合ドメインを持たないN末端側に強いDNA結合性があることを明らかにしたことで、Abf2pの多様性について新たな考察が可能になった。25年度が最終年度であるため、記入しない。
口腔外科手術における低血圧麻酔の冠血管系への作用に関する研究

顎顔面部の血管走行は極めて複雑なため,口腔外科領域の手術中には思わぬ大量出血をひき起こすことも稀れではない.このような手術への低血圧麻酔法の応用は,手術野を出血の少ない清潔なものとするばかりではなく,手術時間の短縮と出血量の軽減に大いに有効なものである.様々な低血圧薬が現在使用されているが,それらの中でぞれが一番安全で有効な低血圧薬であるかを究めるために,主として心の冠血管系に及ぼす作用を中心に,脳および肝に対する作用をも含めて,動物実験と臨床使用例から検討した.使用した低血圧薬はATP(アデノシン3リン酸), PGE_1(プロスタグランディンE_1)およびNTG(ニトログリセリン)の3種であった.また新麻酔薬のアイソフルレンによる低血圧麻酔も試みた.イヌ,ネコさらにサルを対象とした実験では,冠血管系への作用に最も悪影響を及ぼさずむしろ冠血流のみならず心筋の内層の血流を増加させ組織酸素分圧をもよく保つ薬剤はATPであることがわかった. NTGでは平均動脈圧70mmHgのマイルドな低血圧までは冠血管系へ悪影響を及ぼさないが,それ以下に血圧を下げると冠血流も心筋内層の酸素分圧をも著しく低下させ,心筋にとって好ましくない状態をもたらした.脳と肝でもATP低血圧では平均動脈圧を40mmHgにしても,組織血流量と組織酸素分圧は非常によく保たれ,何ら障害を与えないことを証明した.一方口腔外科手術をうける患者を対象としたものでは, ATPもしくはPG・E_1による低血圧麻酔がいづれも安全であることを,循環動態や代謝排泄過程から確認した.しかし口腔外科手術時,最も有効でしかも最も有意に出血量を減少させることのできた麻酔法はATPによるものであった.以上より口腔外科手術のみならず,他領域の手術時でも最も有効な低血圧麻酔はATPによるものであると結論した.今後は動物で冠血管を狭窄させてATPの効果を確認する実験を行う.顎顔面部の血管走行は極めて複雑なため,口腔外科領域の手術中には思わぬ大量出血をひき起こすことも稀れではない.このような手術への低血圧麻酔法の応用は,手術野を出血の少ない清潔なものとするばかりではなく,手術時間の短縮と出血量の軽減に大いに有効なものである.様々な低血圧薬が現在使用されているが,それらの中でぞれが一番安全で有効な低血圧薬であるかを究めるために,主として心の冠血管系に及ぼす作用を中心に,脳および肝に対する作用をも含めて,動物実験と臨床使用例から検討した.使用した低血圧薬はATP(アデノシン3リン酸), PGE_1(プロスタグランディンE_1)およびNTG(ニトログリセリン)の3種であった.また新麻酔薬のアイソフルレンによる低血圧麻酔も試みた.イヌ,ネコさらにサルを対象とした実験では,冠血管系への作用に最も悪影響を及ぼさずむしろ冠血流のみならず心筋の内層の血流を増加させ組織酸素分圧をもよく保つ薬剤はATPであることがわかった. NTGでは平均動脈圧70mmHgのマイルドな低血圧までは冠血管系へ悪影響を及ぼさないが,それ以下に血圧を下げると冠血流も心筋内層の酸素分圧をも著しく低下させ,心筋にとって好ましくない状態をもたらした.脳と肝でもATP低血圧では平均動脈圧を40mmHgにしても,組織血流量と組織酸素分圧は非常によく保たれ,何ら障害を与えないことを証明した.一方口腔外科手術をうける患者を対象としたものでは, ATPもしくはPG・E_1による低血圧麻酔がいづれも安全であることを,循環動態や代謝排泄過程から確認した.しかし口腔外科手術時,最も有効でしかも最も有意に出血量を減少させることのできた麻酔法はATPによるものであった.以上より口腔外科手術のみならず,他領域の手術時でも最も有効な低血圧麻酔はATPによるものであると結論した.今後は動物で冠血管を狭窄させてATPの効果を確認する実験を行う.本年度はATP(アデノシン3リン酸)による人為的低血圧が冠血管系および心筋そのものに及ぼす影響を中心に研究した。イヌを対象とし、GOF麻酔(【N_2】:【O_2】=1:1 F:0.71.0%)下に気管内挿管し、調節呼吸とし、Pa【CO_2】を40mmHg前後に保った。右股動脈にカテーテルを挿入し、観血的動脈圧を連続的に測定記録した。右股静脈からSwan-Ganzカテーテルを挿入し、熱希釈法により心拍出量を測定した。ATPの投与路は左股静脈とした。次いで開胸を行い心臓を露出させ冠状動脈左前下行枝の圧心室に相当する部位に組織血流計の測定端子と組織酸素分圧測定のための酸素電極とを心筋外層より約2mmの深さに縫いつけた。組織酸素分圧はポーラログラフィー利用の酸素電極法により絶対値で測定し、組織血流量は制御差温式で相対値を測定し水素クリアラン法で較正し絶対値を求めた。ATP投与前の値を対照群(平均動脈圧;85.5±15.4S.EmmHg)として、ATP投与により超低血圧とした群(平均動脈圧;38.9±3.1S.EmmHg)とを比較した。心拍出量は低血圧群でも減少しなかった。左心室にあたる心筋部位外層での組織血流量は対照群に比べ、低血圧群では約38%も増加した。同部位での組織

酸素分圧は低血圧群でも対照群とほぼ同じ値を示した(対照群Pt【O_2】=27.5±2.2mmHg,低血圧群Pt【O_2】=26.5±2.2mmHg)。以上のことより、ATPによる低血圧では、平均動脈圧を【40^(mmHg)】以下に下げても、心筋外層の冠状動脈により血液を灌流される部位では、組織血流量や組織酸素分圧に悪影響を及ぼさないという結論を得た。また前年度の結果でATPは冠状静脈血流量も減少させないことから、現在最も理想的な最良の低血圧薬と考える。