hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セクロピア-アリ相利共生系における種間関係の維持・創出機構に関する生態学的研究

本研究では、特殊なアリ種に食物と巣場所を与え、そのアリに自身の被食防衛を委ねている「アリ植物-植物アリ」相利共生系と、それらを取り巻く昆虫類を材料に、3者の種間関係の解明と、種間関係の維持・創出機構に関する研究を行った。「アリ植物-植物アリ」相利共生系は、セクロピア属やオオバギ属などの異なる植物分類群で独立に進化している。本研究ではこれらの比較を行い、主に次のような成果を得た。1.セクロピア属・オオバギ属に関わらず、「アリ植物-植物アリ」相利共生系は相手種への特殊化が高い種から低い種まで存在する。調査・実験の結果、種間関係の維持機構は野外生態系に複数存在し、相手種への特殊化の強度に関連して、維持機構のパターンが異なることが明らかになった。2.共同研究者と協力して、「アリ植物-植物アリ-カイガラムシ」3者を対象に分子系統解析を行い、進化過程を検討した。その結果、種間関係の創出機構は、寄生関係から共生関係へ進化する、というような単純な進化過程でないことが明らかになった。3.これまでに採集された生物標本とそのマイクロサテライト情報を用いて、集団の構造解析を行うとともに、簡易有効集団サイズ測定方法を開発した。また、この方法を最適標本抽出方法にまで延長したプログラムを構築し、熱帯地域の国立公園管理担当者に提供した。特定のアリ種に食物と巣場所を提供して共生関係を結び、そのアリに対食植者防衛を委ねているオオバギ属のアリ植物では、植物種に特殊化したアリ種のみと共生を行っていることが知られている。これまでの調査で、同所的に生息するオオバギ3種は被食防衛戦略が異なっており、それが共生できるアリ種を限定していることが明らかとなった。では、1種のオオバギであっても、光条件などの環境が異なれば、防衛にまわせる投資に変異が生まれて被食防衛戦略も変化し、結果として共生できるアリ種も異なってくるのではないだろうか?植物は一般に、光合成により生産された資源を、成長・繁殖・防衛などの多様なイベントに投資する必要がある。従って、アリ植物においても、アリへの投資量などが、光合成産物の限界に制約されていると考えられる。そこで、まず、熱帯林から季節林まで分布するオオバギ種が存在するのかを調査した。その結果、オオバギ属の1種であるMacaranga bancanaがタイ国などの季節林まで分布していることが明らかになった。そこでこのアリ植物種を対象に、(1)共生するアリ種・(2)アリ防衛の強度・(3)植物が生産する餌の量・(4)オオバギの食害度について比較した。その結果、熱帯林ではシリアゲアリ属が共生していたが、季節林ではオオアリ属の1種が共生していた。さらに、このアリ種は新種であることが明らかになった。また、このアリ種の攻撃性は、シリアゲアリ属よりは低いことが明らかになった。そして、アリへの餌の量は、季節林でより少ないことが示唆された。またオオバギはほとんど食害を受けていなかった。以上の結果から、光条件などの環境が異なれば、防衛にまわせる投資に変異が生まれて被食防衛戦略も変化し、結果として共生できるアリ種も異なってくるという仮説が支持された。世界中の熱帯地域とその周辺では、特殊なアリ種に巣場所と食物を与えるかわりに、そのアリに被食防衛を委ねている「アリ植物」と呼ばれる植物が多数報告されている。このアリ植物-アリ共生系には、なんらかの化学物質による相互作用系が進化していると考えられる。しかし、南米のCecropia-Azteca共生系においても、東南アジアのMacaranga-Crematogaster共生系においても、環境の変異性(例えば森林のタイプ)に関連させて、化学物質相互作用系を比較した研究はない。そこで本年度は、まず、東南アジアのMacaranga-アリ共生系を材料に、化学物質の相互作用系を明らかにした。東南アジアの熱帯林に分布するアリ植物Macaranga数種と、タイ国などの季節林に分布するアリ植物Macaranga griffithianaを対象に、化学物質相互作用系の比較を行った。その結果、植物とアリの双方の体表炭化水素のパターンや、共生相手種への干渉の強度が、熱帯林と季節林のMacarangaでは全く異なるという結果が得られた。この結果は、現在論文として投稿中である。一方、南米のCecropia-アリ共生系においては、南米調査地域の治安が悪化していたことから長期の野外調査が出来ず、主に文献調査や博物館での調査を行った。また、東南アジアから沖縄地域には、不特定のアリ類に食物を与えてそのアリに被食防衛を委ねている[非アリ植物」のMacarangaが広く生息する。植物の「アリ植物」への進化を考える上で、非アリ植物の生存戦略と、アリとの種間関係を調べることは不可欠である。そこで、Macaranga tanariusなど複数の非アリ植物種を調査した。その結果、非アリ植物種では、総じてアリへの投資量が低いこと、アリとの関係が予想以上にルーズなことなど、このタイプの種に共通する特性が明らかになった。これについては現在論文を準備中である。「アリ植物-植物アリ」

相利共生系は、セクロピア属やオオバギ属などの異なる植物分類群で独立に進化している。本研究ではこれらの比較を行い、主に次のような成果を得た。1.セクロピア属・オオバギ属に関わらず、「アリ植物-植物アリ」相利共生系は相手種への特殊化が高い種から低い種まで存在する。調査・実験の結果、種間関係の維持機構は野外生態系に複数存在し、相手種への特殊化の強度に関連して、維持機構のパターンが異なることが明らかになった。2.共同研究者と協力して、「アリ植物-植物アリ-カイガラムシ」3者を対象に分子系統解析を行い、進化過程を検討した。その結果、種間関係の創出機構は、寄生関係から共生関係へ進化する、というような単純な進化過程でないことが明らかになった。3.これまでに採集された生物標本とそのマイクロサテライト情報を用いて、集団の構造解析を行うとともに、簡易有効集団サイズ測定方法を開発した。また、この方法を最適標本抽出方法にまで延長したプログラムを構築し、熱帯地域の国立公園管理担当者に提供した。
地域資金循環・産業連関分析と地域応用一般均衡分析

道民経済計算には、金融取引、貸借対照表、等が未整備であり、「欠けているデータ」とりわけ金融取引を求め、北海道経済への様々な政策の効果を見る、資金市場を含む「標準理論」を提示することが本研究の目的の一つであった。そのためには、1統計的フレーム、2理論フレーム、3シミュレーション・フレームの3つについて、互いに整合で、首尾一貫した「枠組み」(フレーム)が不可欠である。そこで、本研究では、「首尾一貫したデータ・セットCDS」を構築するための、資金市場を含む、汎用的な「1統計的フレーム」を提示した。また、域内、域外交易を地域内、地域間産業連関表を用いて広汎に分析した。地域産業連関分析:学術論文1点、学会発表3点(うち、国際会議1点、全国大会2点)、その他、1点。なお、学会発表:the 7th Annual Conference of the American Association of Wine Economists AAWE in Stellenbosch(South Africa.) (June 26-29, 2013) (論文受理)は行わなかった。学術論文、学会発表(国際会議)は、国際・国内地域間産業連関表の開発、分析にかかわるもので、研究水準も高く、対象としている地域間交易の果たしている役割を考えると、研究としてきわめて価値があるものである。他2点の学会発表のうち1点は、パーソナルファイナンスと北海道のワイン産業振興策と6次産業化を対象にしたもので、テーマとしてユニークである。また、他の1点は、供給側からパーソナルファイナンスと日本のGDPを分析したもので、分析としてユニークである。地域資金循環勘分析&応用地域一般均衡分析:北海道資金循環勘定表作表ファイル・シート(Excel file)を研究協力者から提供して頂いている。また、一般均衡分析に耐え得る「首尾一貫したデータ・セットCDS」を作成するための、「経済主体別受取・支払勘定表」編集シート(Excel file)を研究協力者から提供して頂いている。その他:日本経済政策学会国際会議(Sapporo University, October 26 - 27 2013)、パネルのCh. & Mod.及び、プログラム委員及び、運営委員をつとめた。また、改定SNAデータをできる限り加工・集計せずに一般均衡モデルの理論フレームに対応させ、パラメータを推計し、データを再現するプロトタイプ・モデルを構築する方法を提示した。(研究協力者)道民経済計算には、金融取引、貸借対照表、等が未整備であり、「欠けているデータ」とりわけ金融取引を求め、北海道経済への様々な政策の効果を見る、資金市場を含む「標準理論」を提示することが本研究の目的の一つであった。地域産業連関分析について:以下、科研費を用いて開催した、2回の研究会について報告する。交付決定後、青森公立大学・青森地域社会研究所共同研究グループ「青森市産業連関表の作成とその応用」『れじおん青森』2012.4を知った。そこで、共同研究グループ共著第一執筆者である、今義典青森公立大学教授に、連携研究者(専門的知識の提供)として、加わって頂き、コメンテーターをお願いし、昨年8月9日、青森公立大学に於いて、地域間交易係数の推計ーサーベイ法、ノンサーベー法ーをテーマに、武者(分担者)から報告して頂いた。併せて、加藤(代表)が、宮沢健一『日経文庫産業連関分析入門第6版』日本経済新聞社、1995、105ページ、特定産業の波特定及効果分析の簡略計算法について紹介するとともに、産業連関分析の基本方程式(AX+F=X)に忠実に、特定産業の生産の変化に伴う、最終需要の変化を求め、通常の特定需要の波及効果分析を用いて、特定産業の経済波及効果を求めることを提案した。また、本年3月22日、札幌大学に於いて、「青森市産業連関表(2005年度版)報告書」について、今教授に報告をお願いした。その際、地域間交易係数に係わり、今教授から報告して頂いた。地域資金循環勘分析&応用地域一般均衡分析について:昨年9月7日、今教授に、コメンテーターをお願いし、研究協力者佐藤泰久氏と共に、青森公立大学に於いて、連携研究者(専門的知識の提供)玉山和夫札幌学院大学教授に、「北海道の資金循環表作成に関して」をテーマに、報告して頂いた。応用地域一般均衡分析については、研究協力者佐藤泰久氏から、欠けている資金市場のデータを推計する上での枠組(フレーム)、「統計的フレーム」(この統計的フレームが提供するデータが、次年度に構築予定の「理論フレーム」に耐え得る「首尾一貫したデータ・セット」となる)の提供を頂いた。応用一般均衡分析AGE、(あるいは計算可能な一般均衡分析CGE)を行うためには、1統計データ・セット(「1統計的フレーム」)、2理論モデル(「2理論フレーム」)、3数値計算・プログラム(「3シミュレーション・フレーム」)の3つについて、互いに整合的で、首尾一貫した「枠組み」(フレーム)が不可欠である。そこで、「道民経済計算」から、資金市場を含むを「首尾一貫したデータ・セットCDS」構築するための、汎用的な「1統計的フレーム」を提示した。SNAHokEditor:「経済主体別受取・支払勘定表」編集シートを作成した。

(初年度)(19962009年の年度を入力すると、各年度の経済主体別受取・支払勘定表が自動的に作表される。)SNAHokEditor:CGE(AGE)モデルに利用できる「首尾一貫したデータ・セットCDS」を得るために、「経済主体別(純)受取・支払勘定表」編集シートを作成した。(初年度)CGEdata:各経済主体の「列和=ゼロ」、各取引項目について「行和=ゼロ」が全項目について成り立っている、「首尾一貫したデータ・セットCDS」を作成した。(初年度)SNA-IO表:北海道のSNAデータである道民経済計算には、1)SNA-IO表、2)制度部門別資本調達勘定表・金融取引、3)国民(道民)貸借対照表、等が未整備であり、「欠けているデータ」1)SNA-IO表を推計した。(本年度)連携研究者(専門的知識の提供)玉山和夫札幌学院大学教授より、ご自身が作成した、北海道資金循環勘定表作表データ・セットのご提供を受けている。(EXCELファイル)それを忠実に、再現する「パス」の検索を終えた。(本年度)「欠けているデータ」2)制度部門別資本調達勘定表・金融取引作表に当たって、資金循環勘定表の推計が不可欠であり、継続して、推計する。これをもって、統計的フレームが完成する。地域経済学地域産業連関分析:おおむね順調に進展している。理由は:地域間交易に関する研究(国際・国内地域間産業連関表の開発、分析)が順調に進んでいること、産業連関分析を用いた研究がかなり蓄積していること、「経済波及効果の簡易分析ツール」が、公開方法の技術的なことをのぞくと、いつでも、公開可能であることがあげられる。但し、マクロモデルに基づいた地域産業連関分析は、本来あるべき姿であるが、できていない。地域資金循環勘分析&応用地域一般均衡分析:やや遅れている。理由:応用一般均衡分析AGE、(あるいは計算可能な一般均衡分析CGE)の分析フレームは、1統計上のフレーム、2理論的分析フレーム、3シミュレーション・フレームの3つから構成されており、概ね、平成2426年度の3カ年の研究計画の進展と連動している。したがって、作業スケジュールは、概ねH24年度1⇒H25年度2⇒H26年度3の順ではあるが、実際の作業は、毎年、重点の置き方は違うものの、1⇔2⇔3の作業を繰り返すこととなる。しかし、1統計的フレームの枠組みの中で、欠けている資金市場のデータの推計が遅れている。これについては、研究協力者よりご提供頂いた、北海道資金循環勘定表作表ファイル・シート(Excel file)を使って、早急に、欠けている資金市場のデータを推計する。これで、欠けている「経済主体別受取・支払勘定表」編集シート(Excel file)の経済主体別資本調達・金融取引を埋めることができれば、SNA-IO表が無いので、生産部門は1部門に「統合」されている状態のままであるが、研究期間内に、「資金循環」を「地域CGE(AGE)モデル」に組み込み可能な分析フレームを提示することができる。
山岳氷河のモニタリング－中国 天山山脈を事例に－

2014年と2015年に中国の天山山脈ウルムチ河源頭1号氷河と6号氷河を訪問して現状を記録した。1号氷河に関して,19831994年は相対的に少降水量かつ低温だったが前者が効いたため氷河は縮小した。19942004年は相対的に多降水量かつ高温だったが,前者が効いたため氷河の変化は小さかった。20042014年は相対的に少降水量かつ高温だったため氷河は縮小した。また,6号氷河については2003年と2015年の間に氷河は後退したが,氷河前面の高まりの部分の標高も顕著に低下していた。これは,6号氷河前面の高まりがモレーンではなく,この下に氷河が隠されており,それが解けたためだと考えられた。2014年8月26日9月4日の日程で天山山脈1号氷河を訪問して写真撮影を行ない,現状を記録した(ただし,2004年,2014年と同じ角度で写真を撮影することができなかった)。現地調査では,中国科学院新疆生態与地理研究所のDr. Kezer, K.のお世話になった。この時6号氷河の測量基準点ほかについて確認し,2015年夏にトータルステーションでの測量が可能かどうか検討した。しかしながら,それ以前の問題として,中国では近年外国人による測量が許可されていないことが判明した(中華人民共和国国土資源部令第38号)。一方,2014年9月29日10月10日の日程で,Dr. Kezer, K.に首都大学東京に来ていただき,1号氷河の現状に関する調査結果,および過去20年間の変化に関して意見交換を行なった。また,2015年に予定していた6号氷河の測量について,善後策を検討した(12.今後の研究の推進方策等を参照のこと)。2015年8月29日の日程で天山山脈1号氷河を再訪した。同行者は山本遼介(都市環境科学研究科博士後期課程1年)であり,現地調査の際には中国科学院新疆生態与地理研究所のDr. Kezer K.のお世話になった。天山山脈6号氷河の測量に関しては,2014年度の調査で外国人が行なうことはできないことが分かった。そのため,Dr. Kezerの知り合いの測量会社に依頼して,2015年現在の地形図を作成してもらった。成果は図としてのみ提供されたため,これを元にデジタル標高データを作成し,1983年,2003年の地形との違いについて現在鋭意解析中である。また,過去30年間における1号氷河の変遷と気候変化との関係について考察を行ない,2016年3月に首都大学東京で行なわれたInternational Science Conference on MAHASRIでポスター発表を行なった。現在,発表内容について,論文投稿準備中である。2015年夏に予定していた6号氷河の測量を自力ではできなかったが,現地の測量会社に代行していただくこと,およびそのデジタル化によって,希望していたデータを取得することができたため。また,過去30年間における1号氷河の変遷と気候変化との関係について,国際学会で発表するとともに,論文投稿直前まで年度内にこぎつけることができたため。(1)前年度に作成した天山山脈6号氷河における2015年の地形図を2003年のそれと比較した。この期間に氷河が後退しているのはもちろんであるが,氷河前面の高まりの部分の標高も顕著に低下していることが分かった。これは,Iwata et al. (2005, Bulletin of Glacier Research,以下BGR)で指摘されているように,6号氷河前面の高まりがモレーンではなくこの下に氷河が隠されており,それが解けたためであると考えられる。(2)過去30年間における天山山脈1号氷河の変遷と気候変化との関係について考察した。19831994年においては相対的に少降水量かつ低温であったが,降水量の効果が効いたために氷河は縮小した。19942004年においては相対的に多降水量かつ高温であったために氷河の変化は小さかった。20042014年においては相対的に少降水量かつ高温であったために氷河は縮小した。以上の内容を,2016年5月に行なわれたTMU-TSU Joint Syposium 2016において発表した。(3) (2)の研究成果をBGRに投稿したが,すでに2014年までの天山山脈1号氷河の変遷に関する論文(Wang et al., 2016, Environmental Earth Sciences)が公表されていることが,査読者の指摘によって判明した。本研究における2000年代以降の1号氷河付近の気象データは,山麓のウルムチのデータから推定していたこともあり,BGRに投稿した論文は取り下げた。

これは,6号氷河前面の高まりがモレーンではなく,この下に氷河が隠されており,それが解けたためだと考えられた。1号氷河の写真を2004年、2014年と同じ角度で撮影できなかったこと,2015年夏に予定していた6号氷河の測量を自力でできなくなったことが判明したため。過去30年間における1号氷河の変遷と気候変化との関係について,2016年度中に論文が受理になるよう努力する。また,6号氷河の変化(1983年,2003年との比較)についても,引き続き検討していく。水文気象学,地理情報科学中国では、外国人は測量ができないことが分かったので(中華人民共和国国土資源部令第38号)、測量はDr. Kezer, K.の知り合いの中国の測量会社の方にお願いすることにする。測量に必要な費用は,来年度の科学研究費補助金から謝金として支出する予定である。2015年度の執行額が予算(\1,730,322)を超えないように当該年度の予算を執行したところ, \72残額が発生しました。全額基金ですし少額ですので,予算を繰り越すのは問題ないと判断しました。平成26年度の研究および支出はほぼ計画通りに終了し,残高\30,394を無理に年度内に執行する必要がなかったため.繰越金\72を翌年度分と合わせて執行する予定です。平成27年度以降のウルムチへの調査旅費に使用する.
磁力で変形するマイクロ構造を用いた液滴の動きやすさの自在制御

本研究の目的は,微細加工技術を使用しない安価な方法で液滴の輸送を制御する手段を確立することであった.特に,液滴と固体面の両者に非接触な状態で液滴を輸送する技術はほとんど確立されておらず,これは変形が困難な凝縮器の内面や危険性のある薬品を1滴単位で扱う場合などへの適用が考えられる技術である.H29年度ではBreath Figure法を用いた微細構造を作製し,磁性を持つ粒子を混ぜ込んだ柔軟性のあるポリマー(ポリジメチルシロキサン:PDMS)を流し込むことで転写することに成功した.しかしながら,磁石を近づけても変形する様子が見られなかったため,まずミリスケールの突起状構造を作製し,その上に物体を置いた状態で磁石を近づけることで構造が変形し,物体を動かすことを確認した.H30年度では,サブミリスケールの構造を実現するため,PDMSを流し込む型を作製した.型の部材にはカッターの刃を用い,刃と刃の間隔を0.1から0.5mmの値とした後で磁性粒子を混ぜたPDMSを流し込み,硬化させた.完成した試料はPDMSの平板が複数平行に並んだ構造になっており,10μLの液滴を滴下したところ,構造上に乗ることを確認した.また,磁石を近づけることで構造が変形し,液滴中心の位置が液滴直径の半分程度移動することを確認した.これより,高価で時間を要する微細加工技術などを使用することなく,非接触で液滴を動かすことができるデバイスを確立することができたといえるが,液滴の三相界線が固定されているなど,今後の課題も多い.H29年度においては,まずBreath Figure法により微細な細孔を持つ膜の作製を試みた.この方法はポリマーを溶かした溶媒の蒸発と同時に空気中の水分子が凝縮し,これが溶媒とは混ざらず液滴としてポリマー上に並ぶことで,最終的に細孔を多数有するポリマー膜を得るものである.そのため,雰囲気の温度と湿度の条件を整える装置を作製した.作製時には,温度や湿度,ポリマーの濃度,購入したプラズマ処理装置を用いてポリマー溶液をキャストする固体面を親水性にするなどの調整を行うことで細孔膜を安定的に作製することができた.ここに磁性を持つFe3O4ナノ粒子を混合したポリジメチルシロキサン(PDMS)を流し込み,購入した真空加熱炉で脱気しながら加熱することでPDMSを硬化させた.次に細孔膜を除去することで微細な球形構造をPDMSに転写できることを確認した.このことはレーザー顕微鏡を用いて観察しており,PDMS全体が磁力に反応することも確認している.しかしながら,PDMSの微細構造上に液滴を置いた状態で磁石を近づけても液滴だけ動くことは確認されなかった.これは,作製した構造が小さく変形しにくかったためと考えられる.そこで,本研究のコンセプトを実証するため,ミリスケールの構造で確認することとした.ここでは水に溶解させたゼラチンに直径1mmの銅線を刺した状態で硬化させた.その後に銅線を抜き取り,そこにPDMSを流し込んでPDMSを硬化させた後,ゼラチンを除去することで突起形状を転写した.得られた構造はミリスケールであるため液滴を乗せることはできなかったが,直径5mm程度の固体を乗せて磁石を近づけたところ突起形状が変形し固体を動かすことができた.これにより,本コンセプトを実証することができたが,本来の目的である液滴の輸送を行うため,磁力によって変形しやすい微細構造を作製する必要がある.当初の計画ではBreath Figure法により表面を作製して型として利用する予定であった.この手法により安定的にマイクロスケールの孔をおおよそ等間隔で作製することができた.次にPDMSを流し込んで硬化させることで構造の転写にも成功した.しかし,磁力に反応することによる構造の変形や,それによる液滴の輸送を観察するには至らなかった.そこで,この研究のコンセプトを実証するべく,スケールの大きな針状構造を作製した.ここでは直径1mm程度の銅線をゼラチンに刺し,ゼラチンが硬化した後引き抜くことでできた穴にPDMSを流し込んで構造を作製した.そのため,液滴を乗せることはできなかったが,紙片などを置いた実験では,磁力による構造の変形によって上に乗せたものを動かせることを確認した.本研究の目的は,微細加工技術を使用しない安価な方法で液滴の輸送を制御する手段を確立することであった.特に,液滴と固体面の両者に非接触な状態で液滴を輸送する技術はほとんど確立されておらず,これは変形が困難な凝縮器の内面や危険性のある薬品を1滴単位で扱う場合などへの適用が考えられる技術である.H29年度ではBreath Figure法を用いた微細構造を作製し,磁性を持つ粒子を混ぜ込んだ柔軟性のあるポリマー(ポリジメチルシロキサン:PDMS)を流し込むことで転写することに成功した.しかしながら,磁石を近づけても変形する様子が見られなかったため,まずミリスケールの突起状構造を作製し,その上に物体を置いた状態で磁石を近づけることで構造が変形し,物体を動かすことを確認した.H30年度では,サブミリスケールの構造を実現するため,PDMSを流し込む型を作製した.型の部材にはカッターの刃を用い,刃と刃の間隔を0.1から0.5mmの値とした後で磁性粒子を混ぜたPDMSを流し込み,硬化させた.完成した試料はPDMSの平板が複数平行に並んだ構造になっており,10μLの液滴を滴下したところ,構造上に乗ることを確認した.

また,磁石を近づけることで構造が変形し,液滴中心の位置が液滴直径の半分程度移動することを確認した.これより,高価で時間を要する微細加工技術などを使用することなく,非接触で液滴を動かすことができるデバイスを確立することができたといえるが,液滴の三相界線が固定されているなど,今後の課題も多い.方針としては,安価で大面積作ることを目標にしていることもあるため,微細加工技術を使わない手法を模索する.これまでの経験から,厚さが1mmを下回る薄いPDMS膜では磁力によって変形しやすいことがわかっている.そのため針状の構造ではなく,膜状の構造が間隔をあけて並んだ構造の作製を目指す.そこで現在,カッターナイフの刃が構造の方として利用できないかと考えており,刃を多数重ねたものを型としてPDMSに転写することには成功している.またこの面においては,直径1mm程度の液滴を乗せることができることも確認している.今後は刃の厚さやPDMSの柔らかさを調整することで,等方的ではないものの磁力に反応して変形する構造を実現し,それによる液滴輸送の制御を確立していく予定である.昨年度はミリスケールの構造では磁力を近づけることによる変形を確認できたが,微小な突起の観察には至らなかった.これは,作製した試料が磁力によって変形することによる液滴輸送が観察できなかったためである.本来は,学内の共用施設において変形前後の表面構造等を観察する予定であった.平成30年度は変形の度合いと磁力の強度の関係を明らかにするため,簡易的な磁力測定装置を導入する予定である.また,学内施設を用いた試料の観察も同時に行っていく.
解糖・糖新生酵素遺伝子の調節領域に対するインスリン作用機転と糖尿病病態との関連

解糖律速酵素ホスホフルクトキナーゼ(PFK)M,L,Pの3種のアイソザイムは、、共通の祖先遺伝子に由来する。ヒトPFK-M遺伝子には、GCボックスを有し、組織分布の広いタイプCmRNAを発現するプロモーターと、CAAT、TATAボックス、M-CATもチーフを有し、骨格筋、心筋に特異的なタイプA/BmRNAを発現するプロモーターが内在する。マウスにおいても類似の転写機構を証明した。クローニングで得たラットPFK-L遺伝子において、GCボックス、AP-1結合配列を認めたが、CAAT、TATAは認めなかった。L遺伝子転写機構は、Mの機構とは異なるが、やはり種を越えて保存されている。ヒト膵島腫瘍細胞にPFK-Mと-Pは弱いが、PFK-LのmRNAの強い発現を認め、膵からのインスリン分泌機構におけるPFK-Lの役割が示唆された。PFK-M欠損症の新たな2家系を分析し、世界における8種のうち3種の遺伝子変異を解明した。日本ではスプライシング異常、ミスセンス異常、フレームシフトなどPFK異常は多様である。インスリン抵抗性糖尿病のモデルであるOLETFラットの肝では、解糖系のGKとPKの酵素活性およびmRNA量は増加したが、PFKには変化がなかった。一方糖新生系のFBPaseとPEPCKのmRNAは減少せず、G6PaseとFBPaseの酵素活性はむしろ増加した。この現象は、糖新生系酵素に対してインスリン抵抗性(反インスリン作用)が発現した結果と推察されるが、成因として、細胞内シグナル伝達機構の異常ないし未知の生理活性物質の作用が示唆される。糖尿病発症早期の膵内分泌病変を直接分析する方法として、既に開発した膵生検法を拡充し、成因の自己免疫機序の一端を解明した。糖尿病の多様な成因、病態の究明をひきつづき進めてゆきたい。本研究では、細胞内分子機構の分析からインスリン非依存性糖尿病患者におけるインスリン抵抗性の原因を解明することを目的としている。本研究の理論的背景のひとつとして、研究代表者はVMH破壊GKラットにおけるインスリン抵抗性は解糖系・糖新生系がともに亢進し、ネットの肝糖放出は亢進している病態として説明できることを生化学的・分子生物学的に確認している。そこで、本研究ではまず最大のインスリン効果器官であり、主要な糖代謝臓器である肝でのインスリン作用点を糖代謝酵素の遺伝子調節の面から分析することにした。今年度の成果としてはまず肝解糖系の中間段階を律速する重要な酵素である肝型ホスホフルクトキナーゼ(PFK-L)遺伝子のクローニングが挙げられる。研究代表者らはすでにその完全長をクローニングしたラットPFK-LのcDNAを用いてラットPFK-L遺伝子を単離した。同遺伝子を分析した結果、転写開始点上流にいくつかの機能ボックスと推定される塩基配列を同定した。これらの一部については肝細胞核抽出物との結合をフットプリント法で確認した。さらに、ルシフェラーゼ遺伝子とのキメラ遺伝子を構築し、肝細胞系培養細胞への遺伝子導入をおこなった結果、クローニングに成功した領域に、機能的なプロモーターおよびエンハンサーが存在することを確認するにいたった。今後、これらのボックスを中心に、肝でのインスリン作用点との関連において本遺伝子の発現調節機構の精査が可能となったほか、逆反応をつかさどる糖新生系酵素遺伝子に対しても同様のアプローチを展開していく予定である。糖代謝律速酵素遺伝子の調節領域に対するインスリンの作用機転はいまだ不明である。そこでインスリン非依存型糖尿病に特有の肝の糖代謝異常を分子生物学的に解明する目的で,モデル動物であるOLETFラットの肝の解糖系および糖新生系律速酵素の酵素活性とmRNAを分析して,次の結果を得た。

成績はすべてLETOラットを対照としている。16週齢より,空腹時血糖は上昇,血漿インスリンも上昇し,体重の増加が認められた。解糖系のグルコキナーゼ(GK)とピルビン酸キナーゼ(PK)の酵素活性は増加し,mRNA量も増加した。しかしホスホフルクトキナーゼ(PFK)は酵素活性,mRNAは不変であった。一方,糖新生系のグルコース-6-ホスファターゼ(G6Pase)とフルクトース-1,6-ビスホスファターゼ(FBPase)の酵素活性は増加していたが,ホスホエノールピルビン酸カルボキシナーゼ(PEPCK)活性は不変であった。なおFBPaseとPEPCKのmRNA量は不変であった。肝の解糖系と糖新生系の律速酵素は,ホルモンや食餌の変化に呼応してreciprocalに活性活動するのが通常であるが,このモデルラットでは両代謝系とも酵素活性が亢進するという奇異な結果が得られた。つまり解糖系酵素に対してはインスリン作用が発現し,糖新生系酵素に対しては反インスリン作用が発現している。インスリン非依存型糖尿病を特徴づけるこの現象のメカニズム解明が今後の課題となるが,その候補として,酵素遺伝子に至る細胞内インスリン作用伝達機構の異常,あるいはインスリン作用と反作用を併せ持つ未知の生理活性物質の存在などが示唆される。解糖律速酵素ホスホフルクトキナーゼ(PFK)のM,L,Pの全アイソザイムについて,まず遺伝子解析を行い,基本的な構造と機能を明らかにした。ヒトPFK-Pは,既に私共が報告したヒトPFK-M,ラットPFK-Lの一次構造と約70%の相同性を有し、3つのアイソザイムに共通の祖先遺伝子の存在することが示唆された。ヒトPFK-MとLではエキソンの配置など遺伝子の構造は保存されていたが,このアイソザイム間には転写機構の保存性は認めなかった。既に私共はヒトPFK-M遺伝子でGCボックスを有するdistal promoterが組織分布の広いタイプC mRNAを発現し,一方CAAT,TATAボックス,M-CATモチーフを有するproximal promoterが,骨格筋,心筋に特異的なタイプA/BmRNAを発現することを示している。今回マウスPFK-MにおいてもEcoRI認識部位の有無によって2種のmRNAを証明し,マウスにおいてもヒトと類似の転写機構が保存されることを示した。ラットPFK-L遺伝子上流に,マウスと共通した特徴的な塩基配列を認め、リポーターアッセイによりプロモーター活性を確認した。ついでPFK遺伝子異常症としてPFK-M欠損症について新たな2家系の遺伝子変異を分析し,世界の8家系中3家系の変異を同定した。その結果,PFK-M遺伝子には,スプライシング異常,ミスセンス変異,フレームシフトなど多様な変異の起りうることを明らかにした。NIDDMのモデルOLETFラットにおけるインスリン抵抗性の発現機序として,肝糖新生系酵素の発現抑制障害が示唆された。
物質の量子設計と反応性制御に関する理論的研究

1.通常、相対性理論は化学の分野で小さな補正としてのみとらえられてきたが、そうではなく、相対性理論のよりどころである近接作用の観点から導き出されたQEDのハミルトニアンは、非相対論極限においてすら全く新しい化学的相互作用描像をあたえることが初めて明らかになり、従来の遠隔作用に基づく化学的相互作用の描像はことごとく塗り替えられた。2.III-V族半導体結晶成長について、MR_3/H_2/NH_3系(R=Me, Et ; M=Al, Ga, In)気相で起こる寄生反応の反応機構を非経験的電子状態計算により検討した。Alを含む系の高い反応性は強いAl-N配位結合に基づいており、そのアルキル基置換基効果を量子エネルギー密度により明らかにした。第一原理計算により、GaN結晶にGa原子・N原子の吸着過程についても検討し、結晶成長の面方位依存性を示すとともに、結晶成長のドライヴィングフォースの描像を量子エネルギー密度により示した。3.励起状態リチウムおよびナトリウムクラスターモデルに関して、非経験的電子状態計算によりさまざまな高スピン電子状態の原子間相互作用の議論を行った。量子エネルギー密度は電子状態により特徴的な分布を示し、電子相互作用の様子や微視的な電子ストレスの描像を適切に表現することを示した。リチウムクラスター成長による安定化エネルギーが、相当するナトリウムクラスターのそれより、極めて大きいことを明らかにした。4.N2^++O_2系の四重項状態電荷移動反応について、反応物状態・生成物状態のポテンシャルエネルギー面を高い精度で表現しうる微分可能な関数を決定し、得られた関数を用いて波束ダイナミクス計算を行うことにより、振動量子数依存症の影響など反応過程の詳細なメカニズムを明らかにした。さらに、電荷移動過程を量子エネルギー密度により議論した。量子力学的世界観に忠実になれば、化学法則の根本原理である熱平衡の概念(熱力学0法則と)が揺らぐことは、現代自然科学の根底に潜む未解決の重大問題の一つである。研究代表者は、自らの創出による領域密度汎関数理論を非平衡熱力学過程を取り扱えるように拡張し、メソスコピック系に特有な量子効果が、マクロスコピック系の化学平衡・非平衡の概念に揺らぎを招来することを数学的に証明し、これを「領域化学ポテンシャル非相等性原理」と呼称して出版するとともに、1次元化学反応系に適用してその理論的予言を実証した。化学反応進行のドライビングフォースに関わる諸問題を考究すべく、研究代表者の創出による領域密度汎関数理論の立場から研究する界面量子電子移動計算プログラムを全元素適用可能な形に拡張し、対象とする体系を二次元及び三次元メソスコピック系、および周期系に拡大し、現実の反応プロセスにおける温度効果やダイナミクス等を取り扱えるように発展させた。これを応用して、ナノメーターオーダーの先端エレクトロニクス材料創製過程を、原子スケールで理論的に取り扱い、化学反応の電子的過程について多くの新しい知見を見出した。また、新しい微分幾何学的動力学理論や、これに基づく古典動力学の新しい計算アルゴリズムを構築し、これをイオン一分子反応系に適用してその有用性を実証した。量子動力学の「波束表示」理論を構築し、全軌道角運動量がゼロの場合にも適用可能な量子力学的ホロノミーの波束表示を確立した。多粒子系動力学の「形態安定性」理論を構築し、これを有限の殻を有するイオンの3体動力学に適用してその有用性を実証するとともに、フラクタル構造、ホロノミーなどの幾何学的特徴を数値的に研究した。1.III-V族半導体結晶成長について、M(CH_3)_3/H_2/NH_3系(M=Al,Ga,In)気相で起こる寄生反応の反応機構を非経験的電子状態計算により検討した。

Alを含む系で寄生反応の反応性が増大し、その鎖状生成物が発熱的に成長することにより結晶成長が阻害されることを明らかにした。Alの高い反応性は強いAl-N配位結合に基づいていることが領域密度汎関数理論の応用計算により示された。第一原理計算により、GaN結晶にGa原子・N原子の吸着過程についても検討し、結晶成長の面方位依存性を示すとともに、結晶成長のドライヴィングフォースが電子集積に基づく領域電子エネルギーの安定化によるものであることを実証した。2.いくつかの面方位について、TiN表面にF原子が配位するプロセスに関して第一原理計算を用いて検討した。各TiN表面においてF原子が表面に近づくにつれ大きく安定化し、TiN(111)表面についてはF原子が配位しているTi原子に2つ目のF原子が容易に配位することが示された。F原子吸着の電子過程を領域密度汎関数理論の応用計算により議論した結果、フッ素配位数が2の場合においても、フッ素配位のドライヴィイングフォースが電子集積に基づく領域電子エネルギーの安定化によるものであることが実証された。3.Si(100)-1×1ダイハイドライド表面およびSi(100)-2×1モノハイドライド表面について、フッ素原子によるエッチング反応を第一原理計算を用いて検討した。フッ素原子のシリコン表面内部への侵入については1×1、2×1両表面ともに発熱的に進行し、その安定化エネルギーは両表面ともに水素終端Si(111)面と比較して著しく大きいことが示された。フッ素とシリコン表面間での相互作用やシリコン格子の結合の変化は領域密度汎関数理論に基づく運動エネルギー密度により系統的に理解できることを明らかにした。1.通常、相対性理論は化学の分野で小さな補正としてのみとらえられてきたが、そうではなく、相対性理論のよりどころである近接作用の観点から導き出されたQEDのハミルトニアンは、非相対論極限においてすら全く新しい化学的相互作用描像をあたえることが初めて明らかになり、従来の遠隔作用に基づく化学的相互作用の描像はことごとく塗り替えられた。2.III-V族半導体結晶成長について、MR_3/H_2/NH_3系(R=Me, Et ; M=Al, Ga, In)気相で起こる寄生反応の反応機構を非経験的電子状態計算により検討した。Alを含む系の高い反応性は強いAl-N配位結合に基づいており、そのアルキル基置換基効果を量子エネルギー密度により明らかにした。第一原理計算により、GaN結晶にGa原子・N原子の吸着過程についても検討し、結晶成長の面方位依存性を示すとともに、結晶成長のドライヴィングフォースの描像を量子エネルギー密度により示した。3.励起状態リチウムおよびナトリウムクラスターモデルに関して、非経験的電子状態計算によりさまざまな高スピン電子状態の原子間相互作用の議論を行った。量子エネルギー密度は電子状態により特徴的な分布を示し、電子相互作用の様子や微視的な電子ストレスの描像を適切に表現することを示した。
自然発症肥大型心筋症ラットの開発と形態学的及び遺伝学的な病態の解明

WKY心の形態学的異常として、正常血圧下の心重量の増加、心室中隔の非対称性肥厚、右室壁肥厚、右室内腔の狭小可、筋繊維及び筋原繊維の錯綜配列、心筋組織の線維化、冠状動脈の壁肥厚、その他細胞小器官の超微構造の列、異常等が挙げられ、これらはすべてヒト肥大型心筋症の特徴に合致する。8ー10週令の約300匹のWKYの心電図を記録し、心の所見と対比した結果、肢誘導のいずれかで0.5mV以上、及びT波0.25mV以上の診断基準を適用すると、53%のsensitivityと99%のspecificityでWKYにおける著名な心肥大の生前診断が可能である。その他、QRSの軸偏位、波形の変形、及びP波増高等も診断に有用である。現在、この所見に基づいて選択交配を継代中である、但し、WKYラットは既に30代以上を経た近交系であり、しかも近交開始の時点での遺伝子異常の存在を示唆する所見がある。ちなみにWKY心を上述の所見に関して厳密に定量して正常ラット心と対比すると95%に何らかの異常が認められる。このことは、遺伝子異常は既にWKYラットに広く分布していることを示し、選択交配により心異常の程度の強い系を分離するには大きな忍耐が必要と思われる。継代中のWKYラットを用いて、約200匹の胎仔及び新生仔を産生し、その心血管系について調べた。心重量の異常増加は、生後にはじめて起こった。胎仔に認められた顕著な異常は、動脈管が明瞭な低形成を示したことである。細い動脈管は胎生期に右心室の圧負荷となり、心筋線維は右室圧発生に有利に構築されると考えられる。ちなみに、心室中隔の中層線維は正常心とは反対に右室壁との連続を示した。この構築は、生後の左室優位の圧発生に不利であり、ひいては生後の種々の心筋異常に連なると考えられる。また、WKYを正常ラットと交配し、雑種第一代で上述の所見について調べた結果、それらは常染体優性の遺伝形式に従うことが判明した。1.約300匹のWKY/NCrjラットの心をfroww-anatomic及びhistologicな方法を用いて検索し,他の正常心臓を有すると判断された系統のラット約150匹と比較した.異常な心重量の増加(心重g/体重g比5.5以上)はWKYの約10%にみられた.その他,心室中隔の非対称性肥厚,右室肥大,筋線維の錯糸配列,筋組織の線維化,冠状動脈の壁肥厚等の所見を考慮に入れると, WKYの95%以上に何らかの異常が認められた.2,上述のラットの心電図を記録,心臓の形態学的所見と対比した. WKYの中で著明な心肥大を示すものにみられた特徴的な所見は,高電位のQRS, T波及びp波,並びにQRSの軸偏位であった.肢誘導のいずれかでのQRS電位0.5mV以上並びにT波電位0.25mV以上を診断基準にすると,著明な肥大心の存在に対するSensitivity C Specificityはそれぞれ53%と100%に達し,ほぼ確実に著明な心肥大の生前診断が可能であることが判明した.
森林の破壊と再生に伴う炭素シーケストレーション機能の評価

遷移段階の異なる森林生態系(落葉広葉樹林;伐採直後・50年生・110年生の森林さらに伐採後森林を再生せずススキ草原として利用している4段階)を対象に、標準化された生態学的測定手法を用いてCO2の循環と収支を計測し、落葉広葉樹林のCO2吸収能を各遷移レベルで明らかにした。さらに、既に報告されている農業生態系(水田、畑地)と比較することにより、各生態系における年間の炭素固定量、土壌呼吸量および生態系純生産量(NEP)を評価した。年間の炭素固定量(NPP)は草原生態系(ススキ草原)で最も高く、50年生・110年生の落葉広葉樹林の3倍近い値を示した。また、土壌呼吸量も草原生態系が最も高く森林生態系の2倍以上であった。一方、伐採直後の落葉樹林の炭素固定能は最も低く、落葉樹林の1/31/5を示したが、土壌呼吸量は落葉樹林の値と大きく違わなかった。さらに、水田生態系は比較的高い炭素固定能を持っているにもかかわらず、土壌呼吸量は最も低い値を示した。また、畑地生態系は耕種法の違い(一毛作と二毛作の違い)によって炭素の固定量が大きく異なることが示された。これらの値に基づき、各生態系の年間の生態系純生産量を比較すると、伐採直後の落葉樹林で-172gCm^<-2>、森林(50年生冷温帯落葉広葉樹林)で+11gCm^<-2>、草原(ススキ草原)で+16gCm^<-2>、水田で-21gCm^<-2>、畑地で-200-280gCm^<-2>の値を示し、生態系によって大きく異なることが明らかになった。このことは流域を構成している各生態系の利用方法や管理方法を変えることによって、系の炭素収支を制御できる可能性を示唆している。平成12年度は以下の点を明らかにした。1.土壌呼吸測定システムの改良を行った。具体的にはガスのサンプリングユニットを改良し、新システムを1台作成した。土壌呼吸チャンバー4基からのサンプルガスをコンピュータ制御により自動的に切り替えて赤外線ガス分析計(IRGA)に送るシステムを作成し、土壌呼吸速度の測定を開始した。2.対象としている各種生態系において、生態系純生産量を推定するために以下の測定を行った。(1)岐阜大学流域環境研究センター高山試験地の40年生の冷温帯落葉広葉樹林を対象に、土壌表面および雪面からのCO_2のフラックスを測定した。土壌からのCO_2フラックスは78月に最も高い値を示し、その値は600650mgCO_2m^<-2>h^<-1>であった。また積雪期においても雪の表面から3050mgCO_2m^<-2>h^<-1>のCO_2のフラックスが認められた。さらに、土壌および雪面からのCO_2フラックスは大きな日変化を示さなかった。(2)筑波大学菅平高原実験センター構内に保全されているススキ草原を対象にして、携帯型土壌呼吸測定装置(LI-COR6400)により、土壌呼吸速度を測定した。土壌呼吸速度の空間的な変動を調べた結果、変動係数は1635%で、森林や農耕地ほどバラつきは大きくなかった。

また、このススキ草原における測定期間を通しての土壌呼吸速度は、夏期に向かって増加(9741558mgCO_2m^<-2>h^<-1>)し、8月に最大(1652mgCO_2m^<-2>h^<-1>)となり、その後は減少した(344579mgCO_2m^<-2>h^<-1>)。とりわけ、夏期の土壌呼吸速度は他の報告よりも著しく高い値であった。(3)冷温帯落葉広葉樹林の伐採直後の森林を対象に、土壌表面からのCO_2のフラックスを測定した。土壌呼吸速度は10月に545±280mgCO_2m^<-2>h^<-1>の値を示した。さらに土壌呼吸と環境要因との関係を比較してみると地温と高い相関を示した。平成13年度は以下の点を明らかにした。1.冷温帯落葉広葉樹林を対象にして、林冠木の伐採直後から二年間にわたり炭素動態を調査し、伐採前の林床植生(クマイザサ)の有無が炭素収支にどのような影響を及ぼしているかを明らかにした。その結果、ササの有無は土壌呼吸速度には大きな影響を及ぼさなかったが、伐採後の植物による炭素固定能に大きな影響を及ぼし、炭素収支は"ササあり区"で-50 gC m^<-2>year^<-1>、"ササなし区"で-180gCm^<-2>year^<-1>の値を示した。すなわち、伐採直後の森林生態系は炭素のソース(放出源)である可能性が推察され、炭素の放出量はササなし区の方がササあり区より3倍も高いことが示唆された。2.長野県にある筑波大学菅平高原実験センター構内に保全されているススキ草原を対象に積み上げ法により、炭素動態と収支を明らかにした。2000年の5月から11月と2001年の4月から11月にかけて,植物体の現存量および土壌呼吸量の測定を行うと共に、実験室内で植物体の根の呼吸速度を測定し,これらに基づいて生態系純生産量を算出した。その結果、2000年、2001年ともに植物体の現存量は7月から9月にかけて急激に増加し、その後は枯死により減少した。また、土壌呼吸量の季節変動も現存量の変動と同様であった。土壌呼吸量の変動には土壌温度や根の呼吸の変動が影響していた。2001年の場合、土壌呼吸量に占める根の呼吸量の割合は5月の29%から9月の53%と大きく季節変化した。これらのデータを基礎にして推定した年間の生態系純生産量は、2000年で-36gCm^<-2>、2001年では68gCm^<-2>と見積もられ、このススキ草原の炭素収支は平衡状態に近いことが明らかになった。平成14年度は以下の点を明らかにした。1.岐阜県飛騨地方の冷温帯にある110年生の落葉広葉樹林において、1983年から2002年まで毎木調査を繰り返した。樹木の生死の調査と胸高直径の測定により、1.06haの調査地で森林の現存量と成長量を求めた。この森林の現存量は時間とともに増加しており、19年間で121.2td.w.ha-^1から163.7td.w.ha-^1に変化していた。また、リタートラツプを設置して2000年から2002年までの3年間にわたり枯死量と被食量の測定を行なった。3年間の平均で、この森林の純生産量は6.89td.w.ha^<-1>yr^<-1>と推定された。ただし、成長量には顕著な年次変動が生じており、渇水や異常気象の影響で、それが激減する年があることがわかた。また、低温の影響や早雪により、開葉時期に関係する特定の生質を持つ樹種群の成長量が低下していた。このような異常気象がきっかけとなって森林の樹種構成が変化していることが明らかになった。2.微気象学的手法である渦相関法を用いて,日本の代表的な草原であるススキ草原の炭素収支を推定した。CO2フラックスは,光や温度などの物理的環境要因の影響を受けて日変化を示した。日中には、植物の光合成により,CO2フラックスは負の値(草原へのCO2の吸収)を示し、正午前後にCO2の取り込み速度は最大(7月;-3.6gCO2m^<-2>hr^<-1>)となった.
リドカイン誘導体QX-572の痛覚神経特異的遮断－新規機序によるがん性疼痛の克服

現在、満足できる疼痛コントロールができているがん患者は多くなく、より効果的な鎮痛薬の開発が求められている。近年、一次知覚神経に発現するtransient receptor potential (TRP) superfamilyであるTRPV1およびTRPA1が疼痛伝達に重要な役割を果たすことが明らかとなっている。さらに、局所麻酔薬リドカイン誘導体のひとつであるQX-314がTRPと電位依存性ナトリウムチャネル(Nav)を発現した神経のNav活性を遮断することが報告された。そこで、本研究はTRP発現神経特異的遮断候補薬としてリドカイン誘導体に着目し、リドカイン誘導体の薬理作用を解析した。現在、満足できる疼痛コントロールができているがん患者は少なく、より効果的な鎮痛薬の開発が求められている。近年、がん性疼痛に一次知覚神経に発現する6回膜貫通型陽イオンチャネルtransient receptor potential (TRP) superfamilyのTRPV1やTRPA1などが重要な役割を果たすことが明らかとなっている。そこで、本研究は、TRP発現神経特異的遮断候補薬として局所麻酔薬リドカイン誘導体に着目し、in vivo及びin vitro実験系を用いてリドカイン誘導体の薬理作用、ならびにがん性疼痛に対する鎮痛効果を評価し、臨床試験に向けて必要な基礎的データを蓄積することを目的とする。当該年度は、リドカイン誘導体の薬理作用について解析するために、in vitro実験系を用いてリドカイン誘導体が作用するTRPチャネルサブタイプの探索を行った。その結果、TRPV1およびTRPA1発現細胞において、各アゴニスト処置により濃度および時間依存的なYO-PRO1-Iodideの取り込みが認められた。一方、TRPM8発現細胞においてはTRPM8アゴニスト処置よりYO-PRO1-Iodideの取り込みは認められなかった。したがって、リドカイン誘導体はTRPチャネルのうちTRPV1ならびにTRPA1を介して細胞内へ流入する可能性が示唆された。そこで本研究は、TRP発現神経特異的遮断候補薬として局所麻酔薬リドカイン誘導体に着目し、in vivo及びin vitro実験系を用いてリドカイン誘導体の薬理作用、ならびにがん性疼痛に対する鎮痛効果を評価し、臨床試験に向けて必要な基礎的データを蓄積することを目的とした。当該年度は、リドカイン誘導体の薬理作用について解析するために、in vitro実験系ではTRPV1とvoltage-gated Na+ channel (Nav)を発現させたhuman embryonic kidney 293 (HEK293)細胞を用いてリドカイン誘導体の薬理作用について解析した。その結果、リドカイン誘導体単独処置ではNav活性に無影響であったものの、TRPV1アゴニストとリドカイン誘導体を同時処置するとNav活性を抑制することを見出した。したがって、リドカイン誘導体はTRPV1を介してNav活性を抑制する可能性が明らかとなった。in vitro実験においてはTRPV1-Nav共発現HEK293細胞を用いてリドカイン誘導体の薬理作用について解析できたため、in vitro実験はおおむね順調に進展していると考えている。しかし、in vivo実験においては、国立がん研究センター研究所動物実験施設における動物実験計画書の申請・承認に時間がかかってしまい、加えて承認を得たものの動物実験施設にて水漏れ・感染事象が発生し、その復旧工事および除染のため動物実験を一時中止せざるを得なかった。したがって、当研究は平成2526年度の2年間で行うこととなっていたが、平成27年度まで科学研究費助成事業(学術研究助成基金助成金)補助事業期間延長を申請し承認を得た。以上により、当概年度の達成はやや遅れていると考えている。本邦においては、現在、満足できる疼痛コントロールができているがん患者は多くなく、従ってより効果的な鎮痛薬の開発が求められている。近年、がん患者の疼痛伝達に一次知覚神経に発現する6回膜貫通型陽イオンチャネルtransient receptor potential (TRP) superfamilyのTRPV1やTRPA1などが重要な役割を果たすことが明らかとなっている。そこで、本研究はTRP発現神経特異的遮断候補薬として局所麻酔薬リドカイン誘導体に着目し、in vivo及びin vitro実験系を用いてリドカイン誘導体の薬理作用、ならびにがん性疼痛に対する鎮痛効果を評価し、臨床試験に向けて必要な基礎的データを蓄積することを目的とした。平成25年度は、リドカイン誘導体が作用するTRPチャネルサブタイプを探索し、リドカイン誘導体がTRPV1およびTRPA1を介して細胞内へ流入する可能性が示唆された。