hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
資本市場における政策が及ぼす影響-頑健な市場収益率モデリングを基盤として-

当研究では、資本市場における様々な政策が政策目的を的確に成し遂げているのか、あるいはその過程において市場にどのような波及効果を及ぼすのかに関する検証を行った。当研究では、(1)株価対策構想、(2)証券取引所の売買停止措置、(3)外国為替市場介入、(4)デリバティブ取引停止措置の4つを題材としてイベント・スタディを行った。また、当研究では旧来の手法の改善、ならびに得られた情報を他の分析に応用することも試みた。本年度は応用研究に取り組むことができ、以下の単著の2論文を公表することができた。(1)足立光生「証券取引所の売買停止措置に関する考察-2012年2月の事例より-」同志社政策科学研究、第14巻1号、1-15頁(2)足立光生「外国為替市場介入が資本市場に及ぼす影響ー2011年8月の事例検証ー」産研論集(関西学院大学)第40号、23-33頁(1)については、東京証券取引所で2012年2月2日に起きたシステム障害、ならびにそれに伴う前場の売買停止措置を対象として、売買停止措置が該当市場にどのようなインパクトを及ぼしたか、さらに売買停止措置を受けた銘柄が他証券取引所で売買が可能な場合に市場参加者にどのような行動を促したか等を検証した。今回の売買停止措置自体が市場全体に対して大きな混乱を誘引したとは認められないが、売買停止措置中に他の証券取引所での取引が活発であった銘柄に対してイベント・スタディを用いて検証したところ、売買停止措置解除後に、正の超過収益率を生むことが明らかとなった。(2)については、外国為替市場介入が民間の経済活動に与える影響について、資本市場の短期的なポートフォリオ調整効果に着目し、2011年8月における事例検証を行った。本稿では第1に、外国為替市場介入が各業界にどのような影響を与えるかについて市場介入当日の業種別株価指数33業種の1分足データに対して簡単な検定を行った。第2に、上述の検定によって外国為替市場介入の影響を確認できた業種別株価指数に対して1分足データを使ったイベント・スタディを行ったところ、1業種を除いては外国為替市場介入の影響を確認することができなかった。本稿の考察は対象を限定した事例検証にとどまるものの、外国為替市場介入の効果や意義について再考を促す結果につながる。本年度も引き続き該当研究の応用事例に取り組み、単著の論文「デリバティブ取引停止措置が株式市場の価格形成に及ぼす影響ー2012年8月の事例よりー」を公表することができた。また、該当研究に関して「デリバティブ取引停止措置が株式市場の価格形成に及ぼす影響」として2013年11月30日、金融システム研究会で研究報告を行った。当研究の着眼点は、Ross(1976)等による「デリバティブによって理論的に市場は完備される」という見解を発端としている。現実の市場でデリバティブ取引が停止した場合、現物の価格形成メカニズムあるいは投資家のポートフォリオ保有行動にどのような影響を与えるのかという視点から、当研究では2012年8月のデリバティブ取引停止措置時を例にとり、現物の価格形成について業種ごとの検証ならびに業種間の検証を行った。最初に、業種ごとの検証についてはイベント・スタディの手法を拡張し、33業種の業種別株価指数のTickデータを対象として、システム障害ならびにデリバティブ取引停止措置の2種類のイベントそれぞれで分析した。この結果、業種ごとのイベントへの反応を明らかにした。次に、業種間の検証にはイベント・スタディで得られた情報を応用して、両イベントへの反応度の高い業種別株価指数の相関を再検証したところ、デリバティブ取引停止措置によって業種別株価指数間で相関係数が上昇したことが明らかになった。そこでGranger因果性検定を行った結果、因果関係の存在可能性の高い業種間株価指数間についてはインパルス応答分析による検証も行った。このようにイベント・スタディの応用可能性を示唆したことは意義深いと思われる。最後に、研究費の交付期間を通じて該当研究に専心することが出来て、3年間で合計4本の単著の論文をタイムリーに公表することが出来た。研究の基盤となった科学研究費の交付に心より感謝申し上げる。当該年度が研究開始年度であったことから、当該年度は地道に調査を行いながら、今後の研究に必要な基礎研究、基盤作りを遂行した。今回の研究をすすめていくうえで特に着目した事例はリーマンショック時に講じられた株価対策である。すなわち、2009年3月から4月にかけて政府あるいはその他機関から提唱された株価対策構想が対象市場に及ぼす影響を考察した。当該研究では第1に、株価対策構想の発表にもMiller[1977]の空売り規制効果と同様の効果が現れるという仮定の下で、日経平均型ETF市場を検証したところ、同質の内容を持つ構想が短期間のうちに追加的に発表された場合、構想が市場に及ぼす影響は徐々に縮小していく可能性を示した。

さらに、固定平均リターンモデルを用いたイベント・スタディを使って検証したところ、最初に発表された株価対策構想が正の超過収益率を生んだことが明らかになった。第2に、株価対策構想がもたらす市場構造の変化について、構想発表前と発表後の日経平均型ETF市場を対象として、気配スプレッド比率、H-L比率、日中のTick回数から検証したところ、短期的には該当市場の構造が大きく変化した可能性は確認できなかった。また、それらの指標に対してGrangerの因果性検定を行い、構想発表前と発表後で比較したところ変化は殆ど見られなかったものの、H-L比率の他の指標に対する影響がわずかに軽減したことが明らかになった。これらの結果は資本市場における株価対策構想の効果を検証するものとしての意義が深いと思われる。そこで、これらの研究結果をまとめて今年度に単著の論文として、「株価対策構想が市場に及ぼす影響ー2009年のわが国における事例よりー」同志社政策科学研究第13巻2号pp1-20を公刊した。当研究が対象とする資本市場は常に進化しており、とりわけそこで使われる様々な技術の発展が顕著なことから、予期せぬ出来事も勃発しやすい。今回最初に研究対象としたのは、政策ならぬ資本市場におけるアクシデント(2012年2月の東京証券取引所の売買停止措置)であった。この事例がイベント・スタディの有意性を検証するに好適の材料であると判断し、研究をすすめ、その結果イベント・スタディの有意性を再度認識することができた。この研究については、事例が生じた2012年2月直後に研究を開始し、論文としてまとめて公刊したのが2012年9月である。タイムリーな研究、そして成果発表ができたことに非常に満足している。さらに、当研究における検証結果は、わが国において市場参加者が質の高い代替市場を求めており、国内における代替市場の整備が必要なことを示唆した。さらに、本年度行ったもう一つの応用研究は、資本市場以外の政策(外国為替市場介入)の資本市場へのインパクトに関するものである。これまで、資本市場にインパクトを及ぼす政策は資本市場の政策のみならず、資本市場以外の市場(たとえば金融市場)における政策もあるため、より複合的な市場を対象にしていくことの必要性を強く感じてきた。そこで今回、外国為替市場介入が民間の経済活動に与える影響について、資本市場の短期的なポートフォリオ調整効果に着目し、2011年8月の外国為替市場介入を対象とした事例検証を行った。本稿の考察は対象を限定した事例検証にとどまるものの、外国為替市場介入の効果や意義について再考を促すものにつながった。当研究の目標は、政策が資本市場に与える影響とその波及メカニズムの過程について検証するため、通常用いられるイベント・スタディの手法を(とりわけ市場収益率を測定するためのモデルの拡張を重視しながら)政策検証にふさわしい方法へと発展させることにある。このような目標を目指して、今回は株価対策構想という事例を扱いながら緻密な検証を行った結果として、現在までに達成できた点として以下の2点が挙げられる。第1に分析手法の発展である。当該年度の対象とした事例においてはその性質上特にイベント・スタディの通常の手法を適用することが最初から難しい状況におかれていた。
微細加工技術を用いた再生医療・薬物スクリーニング用オンチップセロミクス技術の開発

細胞の振る舞いを正確に計測するため、1細胞計測のための要素技術を統一した1細胞計測システムの開発を行った。開発にはマイクロ加工技術とソフトマテリアル技術を用いた。開発の流れとして集団から特定状態の細胞群をセルソーターチップにて分離・精製し、これらを細胞間相互作用を制御しながらマイクロ培養チップで培養を行い、最終的に発現解析チップにて細胞の時間的・空間的な発現情報を得るものである。本年度は特に細胞内の発現状況を調べる手法を深く検討し、DNAチップ以外の技術開発も併せて行った。一つは細胞の発現状況を電気的に測定するため、細胞の電気泳動計測を行った。細胞の表面電位は細胞周期に応じて異なることが知られており、細胞電気泳動により判別できる可能性がある。細胞電気泳動を微量のサンプルを用いて、顕微鏡下での観察を実現するため、微細加工技術により小型のチップを試作した。一部は石英を用いて作製したが、ディスポーザブルのチップを実現するため、本セルソータと同様に樹脂の1種であるポリジメチルシロキサン(PDMS)を材料にして作製した。観察系は共焦点光学系を光学顕微鏡に組み込むことにより、流路の高さ方向の情報が得ることができる。この手法により、細胞と流路底面との間の摩擦効果で細胞の泳動度が若干遅れることを発見し、この内容に関して2004年秋期応用物理学会(仙台)にて発表を済ませた。また微細な流路のコーティングは細胞膜を模倣したMPCポリマーを使用し、細胞やその他の粒子の非特異的な吸着を減らすことや電気浸透流の発生を抑えることに成功した。この内容については2004年マイクロTAS学会(スウェーデン、マルモ)にて発表を済ませた。また本年度末に行われる2005年春期応用物理学会(埼玉)では独自に作製した原子間力顕微鏡(AFM)を用いて培養中の特定状態の細胞の時間的、空間的な発現分布状況を調べるための手法について検討し、この内容を発表する予定である。
配偶子ゲノムの修飾機構と胚発生への影響

最終年度にあたり、研究計画にそって以下の研究を行い、結果を取りまとめた。(1)DNAメチル化酵素Dnmt3aと補助因子Dnmt3Lに加えて、Dnmt3bが雄の配偶子形成過程で反復配列を修飾することが分かったので、その詳細な解析を完成させ報告した。また、生殖細胞特異的に発現するpiRNAに結合するPiwiファミリー蛋白質が、反復配列(とくにレトロトランスポソン)のメチル化に関わることを発見し報告した。(2)一方、Dnmt3bの欠損は雌雄の配偶子形成を阻害せず、仔の発生にも影響がないことが分かった。すなわち、反復配列のメチル化は受精後のDnmt3bの供給により回復される。現在投稿準備中である。(3)ゲノムワイドな脱メチル化が生じる卵割期に(Dnmt3aやDnmt3bではなく)Dnmt1がインプリントを維持することを証明できたので、論文にまとめた(投稿中)。最後に、(4)two-hybrid法にて上記メチル化酵素複合体と相互作用する因子を得るため、生殖細胞特異的ライブラリーを作成した。このライブラリーは、将来の研究において役立てる予定である。哺乳類ゲノムは世代毎に再プログラム化を受け、配偶子形成過程で新たな修飾を獲得する。この修飾は両親由来ゲノムを区別するインプリントとしても働き、胚発生に必須であることが分かっている。本研究では、この修飾の中心であるDNAメチル化が配偶子形成過程で如何にして生じるのか明らかにする。本年度は、まずCre-loxPシステムを用いた条件的遺伝子ノックアウトにより、雌雄の生殖細胞特異的にde novoメチル化酵素Dnmt3a、Dnmt3bを欠損したマウスの作成・解析を行った。生殖細胞特異的にCre組換え酵素を発現するマウスとしてはTNAP-Creを用いた。その結果、卵細胞でDnmt3aを欠損した雌マウスは、妊娠可能だが必ず流産すること、流産した胚では母由来(卵型)インプリントが消失していることが分かった。また、精子形成過程でDnmt3aを欠損した雄マウスは無精子症を呈し、残存している精原細胞では精子型インプリントが成立していないことが分かった。一方、同様に生殖細胞特異的にDnmt3bを欠損した雌・雄マウスは、何ら異常を示さなかった。以上から、配偶子形成過程でゲノムを修飾する主要なメチル化酵素でDnmt3aあることが分かった(投稿中)。購入したマウス胚操作用機器、形態解析用の機器はこれらの研究に使用した。現在、卵細胞質に蓄積されているDnmt3a、Dnmt3bが、受精後、母性因子としてインプリントの維持に関与する可能性等について研究を進めている。また、同様な研究を行うため、維持メチル化酵素であるDnmt1座位のfloxedマウスも作成中である(分担者の佐渡)。また、生殖細胞でDnmtファミリーの酵素と相互作用する調節因子をtwo-hybrid法でスクリーニングするため、ライブラリー作成へ向けて生殖細胞とそのRNAの調整を行った(分担者の秦)。哺乳類ゲノムは雌雄の生殖細胞系列で世代毎にエピジェネティックな再プログラム化を受ける。配偶子形成過程で獲得したエピジェネティックな修飾の一部は、受精後、両親由来ゲノムを区別するインプリントとして働き、胚発生に必須である。本研究では、この修飾の中心であるDNAメチル化が配偶子形成過程でどのように生じるのか、また受精後、胚発生へどのような影響を与えるかを明らかにする。本年度は、まず昨年度行った生殖系列特異的ノックアウトの結果に基づき、配偶子形成過程でゲノムを修飾する主要なメチル化酵素がDnmt3aであることを報告した(Nature 2004)。次に(1)Dnmt3aとDnm3bの生殖系列特異的ダブルノックアウト、Dnmt3b-/-と野生型とのキメラ胚作成の結果より、Dnmt3bの配偶子形成とインプリンティングへの関与を除外した。(2)Zp3-Creマウスを用いたノックアウトにより、卵成長期にDnmt3aがゲノム修飾を行うことを確かめた。(3)Dnmt1についても生殖系列における役割を調べるためfloxedマウスの作成を開始した(佐渡)。(4)ダブルノックアウトの結果から、卵細胞質に蓄積されているDnmt3a、Dnmt3bが、受精後インプリントを維持する可能性は低いことが分かった。(5)生殖系列におけるDnmt3aとDnmt3Lの相互作用を調べるため、ダブルノックアウトの作成を開始した(秦)。また、(6)生殖細胞でDnmtファミリーの酵素と相互作用する調節因子をtwo-hubrid法でスクリーニングし、候補となるクローンを同定した(秦)。経費のほとんどは消耗品とマウスの管理に係る謝金として使用した。来年度は、これらの研究をさらに発展させる予定である。哺乳類ゲノムは生殖細胞系列で世代毎にエピジェネティックな再プログラム化を受ける。その際、雌雄の配偶子はそれぞれに特異的なエピジェネティックな修飾を獲得し、これは両親由来ゲノムを区別するインプリントとしても働く。本研究では、この修飾の中心であるDNAメチル化が配偶子形成過程でどのように生じるのか、また胚発生へどのような影響を与えるかを明らかにする。昨年度までに、DNAメチル化酵素Dnmt3aが類似蛋白質Dnmt3Lと協調して、雌雄の配偶子形成過程で特異的なゲノムの修飾パターンを確立することを見つけていた。

本年度は、まず(1)生殖系列特異的Dnmt3a/Dnmt3bダブルノックアウトの雌を用いて、刷り込み型のX不活性化(父由来X特異的不活性化または母由来X特異的活性化)に卵子でのde novoメチル化は関与しないことを見つけた。現在証拠を固めるための追加実験を行っており、データが揃い次第投稿する予定である。(2)Dnmt1の生殖系列における役割を調べるためfloxedマウスの作成を試みたが、まだ完成していない(佐渡)。作成作業を継続すると共に、万一を考えて同様のマウスを海外の研究室から導入し、現在繁殖中である。(3)Dnmt3Lの単独ノックアウトマウスはまれにいくつかの座位で正常なインプリント状態を示すことが分かった。Dnmt3aとDnmt3Lのダブルノックアウトマウスを作成し、現在詳しい解析を行っている。(4)昨年同定したDnmtファミリーの酵素と相互作用する調節因子について、その構造を明らかにし、これが生殖系列でかなり特異的に発現していることを見つけた(秦)。現在ノックアウトマウス作製などの準備に入っている。経費のほとんどは消耗品とマウスの管理に係る謝金として使用したが、一部をノックアウトマウス作製のためのマニピュレーターシステム導入に使用した。前年度までに、DNAメチル化酵素Dnmt3aが活性化因子Dnmt3Lと協調して雌雄マウスの配偶子形成過程でエピジェネティックなゲノムの修飾を行うことが分かっていたので、平成18年度はその成果を発展させ、以下の新たな知見を得た。まず、(1)Dnmt3aとDnmt3bを雌の生殖細胞でダブルノックアウトしても表現型はDnmt3aノックアウトと同じであることを示した。これは、Dnmt3bが卵子の形成やインプリントの確立にほとんど寄与しないことを示す(投稿準備中)。一方、(2)雄の生殖細胞では、Dnmt3aとDnmt3bがインプリント遺伝子のみならず、トランスポゾンを含む様々な反復配列をメチル化することが分かった(投稿中)。また、(3)受精後、ゲノムワイドな脱メチル化が生じる卵割期にインプリントを維持するのは、卵蓄積型および胚由来のDnmt1であり、Dnmt3aとDnmt3bは関与しないことが示唆された。現在ノックアウトマウスを駆使して、最終の証明を得るための実験を行っているところである。(4)卵巣でDnmt3Lとよく似た発現パターンを示す遺伝子について、Dnmt3a/Dnmt3L複合体に結合して標的特異性を決める可能性があるか解析した。その結果、生殖細胞でエピジェネティックな調節を行う因子である可能性は低いと考えられた。しかしながら、この遺伝子は進化上高度に保存されており、卵子形成に重要な役割を担う可能性があるため、ノックアウトマウス作成を行っている。購入したピエゾマニピュレータはこの研究に用いた。生殖系列においてDnmt3a/Dnmt3L複合体を調節するほかの候補因子を得る必要があるため、改めてtwo-hybrid法によるスクリーニングを行う予定である。最終年度にあたり、研究計画にそって以下の研究を行い、結果を取りまとめた。(1)DNAメチル化酵素Dnmt3aと補助因子Dnmt3Lに加えて、Dnmt3bが雄の配偶子形成過程で反復配列を修飾することが分かったので、その詳細な解析を完成させ報告した。
光力学的癌治療における新しいより有効な光感受性物質の利用と開発に関する研究

フェオフオルバイト(PHー1126),ヘマトポルフィリン・オリゴマ-(HpO,MW:3000),フタロサイアニン・アルミニウム錯体(ALPC)などの新しい光感受性物質につき,KKー47膀胱癌細胞,担癌マウス腫瘍を用い,HPLCによる腫瘍細胞内や,腫瘍組織内取り込み,体内薬物動態,さらに種々の分光学的解析による分子形態の解析,アルゴン色素レ-ザ-(630nm),金蒸気レ-ザ-(628nm),チタン・サファイヤレ-ザ-(675nm)などを用いた光力学的反応(PDT)に基き従来のヘマトポルフィリン誘導体(HpD)と比較検討した。何れの薬剤も細胞,あるいは腫瘍親和性においてHpDより優れ,630nmレ-ザ-光照射のよるPDT効果では,HpDーPDTに場合の比し,同等,或いはそれ以上の抗腫瘍効果が認められた。AIPCに関しては,最大吸収波長が675nmと長波長側にあり,675nmを発振するチタン・サファイアレ-ザ-を用いることにより,光の組織深違性が向上し,HpDに比し優位に高いPDT効果が得られ,アルゴン色素レ-ザ-の1/3の光エネルギ-で同等のPDT効果が得られた。また組織内代謝が早く,皮膚よりの排泄がよく,長波長紫外線による皮膚過敏症がHpDに比し軽微であった。今回の研究では,ALPCが最も有望な新しい光感受性物質と見なされた。蛍光分光学的研究により,HpDは細胞,或いは腫瘍組織内取り込みにより会合体を形成することが,生体類似の溶媒系における蛍光スペクトルとの比較より示された。また,この会合体形成物はマイクロ波によるハイパ-サミア効果を増強することが認められた。抗癌剤アドリアマイシン(ADM)投与後のHpDーPDTには光力学的抗腫瘍効果の増強が期待でき,in vitroにおける光力学的殺細胞効果にはADMの抗癌化学効果との間に相乗的効果の増大が認められた。(1)新規光感受性物質としてのポリエチレングリコール結合ヘマトポルフィリン(PEGーHp)による腫瘍集積性および光力学的治療効果について、KKー47膀胱癌移植ヌードマウスを用いて比較検討した。PEGーHpはHpDに比し、24時間および48時間に有意に高い腫瘍集積が認められた。HpDおよびPEGーHp投与後のレーザー照射による光力学的殺細胞効果の比較では、PEGーHpはHpDと同程度以上の抗腫瘍効果が認められた。(2)フタロシアニン金属錯体(AlPC)の腫瘍親和性は、HpDに比し高く、KKー47膀胱癌移植ヌードマウスを用い、光力学的殺細胞効果について検討した。AlPCはHpDに比し、670nmのレーザー光照射により高い抗腫瘍効果が認められた。アドリアマイシン(ADM)とHpD光力学的効果の併用について検討した。invitroにおけるKKー47細胞を用いた両剤の投与順序の検討では、ADMおよびHpDの細胞内取込み量は同時投与により最も高値が得られ、レーザー照射による殺細胞効果はADM取込み後のHpD投与により最も高かった。(3)さらにヘマトポルフィリンゲルマニウム錯体、フタロシアニン金属錯体等の光化学反応効率を検討し、その有用性を見出すため現在吸収分光光度計、蛍光分光光度計および時間分解蛍光分光光度計を用いて検討中である。

(4)腫瘍内取込みHpDの蛍光を光子計測法により検討した。Vx2癌移植家兎膀胱を用いた実験では、HpD投与膀胱では腫瘍に一致した明瞭なフォトン集積像が得られた。一方正常な膀胱粘膜部にも軽度のフォトン集積が認められたが、腫瘍のimaging低下をもたらすものではなかった。1.Alー、Gaー、Inーフタロシアニンのレ-ザ-照射後の光力学的抗腫瘍効果の比較では、Alーフタロシアニンにより最も強い効果が認められた。またAlーフタロシアニンはHpDに比較し皮膚残留性が少なく、かつ選択的腫瘍集積性が高いという結果が得られた。2.HpDおよびAlーフタロシアニンを用いたマウス皮膚における光過敏反応の検討では、長波長紫外線照射ではHpDの皮膚過敏反応はAlーフタロシアニンより強く、可視光線照射では両者に差は認められなかった。3.透過型電子顕微鏡を用いたラット正常膀胱壁への光力学的治療の検討では、照射部の粘膜上皮細胞は上皮基底膜から剥離し、滑面小胞体の内腔の拡張、細胞質の膨化が認められた。また粘膜上皮および粘膜固層の毛細血管内皮のミトコンドリアの空胞化、クリスタの溶解および変性が認められた。4.HpD、Hpオリゴマ-、ゲルマニウム・ヘマトポルフィリン誘導体の光増感剤としての蛍光寿命測定での検討では、Hpオリゴマ-はHpDと同程度の長寿命成分を有していた。Hpオリゴマ-の組織内への取り込みがHpDに比べ良好であることから考えると、Hpオリゴマ-はHpDと同様あるいはそれ以上に光力学的反応性が高いと期待された。1.HPLCによる葉緑素由来のフェオフォルバイト誘導体(PHー1126,λmax650nm)の担癌マウスにおける体内動態の検索では,腫瘍組織内取り込みが優れ,腫瘍内濃度の上限は投与後36時間で,この時間におけるレ-ザ-照射による抗腫瘍効果は最大であった。従って治療開始時間の短縮が可能と考えられた。2.ヘマトポルフィリン・オリゴマ-(HpO,M.W.=3000,λmax400nm)の各種濃度のCTABミセル溶液と水溶液中における分光学的研究により,短寿命蛍光成分に対する長寿命成分の比から,生体系に類似するミセル溶媒系では,短寿命成分はHpO会合体に由来すると考えられた。また,担癌マウスにおいてHpOは腫瘍内にて会合体の形成下において光化学反応が進行し,さらにレ-ザ-照射により会合体形成が促進するものと考えられた。さらに新しい興味ある成果の1つとして,この形成体の存在はマイクロ波照射によるハイパ-サミア抗腫瘍効果に増強効果をもたらした。さらに,アドリアマイシンのごとき抗癌剤では,光力学的治療との間で併用効果の増強が期待できた。3.Alフタロシアニン(AlーPC,λmax675nm)とHPDの金蒸気レ-ザ-(628nm)照射による,担癌マウスにおける光力学的抗腫瘍効果の点では有意差がみられなかったが,チタンサファイアレ-ザ-(675nm)照射では前者に有意の高い抗腫瘍効果が認められた。さらにAlーPCはHPDに比し皮膚よりの排出が良好で,可視光線照射では両者間に差はみられなかったが,長波長紫外線照射による皮膚反応は軽度であった。これまでの研究結果はわれわれが検討しえた新しい光感受性物質のなかで,HPDに代りうる可能性が最も高いものの1つと考えられた。
網羅的代謝変化解析による、ミトコンドリア異常疾患の病態解析とバイオマーカー探索

(1)トランスオミクス的ミトコンドリア機能評価:まずを5台のLC-MS/MSを使い、高感度に1000分子の検出が可能なメタボロミクスの測定系を作り上げた。この系は、2018年度の本研究費に基づく研究成果の多くで、活用されている。そして、ミトコンドリ細胞全体ではなく、ミトコンドリア内代謝を特異的に測定するための高速、効率的に無傷のミトコンドリアを生成する方法を開発し、細胞全体の代謝とミトコンドリア内特異的代謝を区別して測定する系を完成し、その有用性をNAD+の細胞内動態に注目することで示すことが出来た(論文作成中)。(2)ミトコンドリア関連疾患の予防とその治療に向けた戦略的開発: (i)ミトコンドリア局在タンパク質p32の遺伝子KOマウスと自然免疫疫に関しては、LPS刺激により炎症性サイトカインIL6の発現が数十倍に増強することと、AT4を介した部分子メカニズムを明らかかにした(EbioMedicine2017)。さらに、樹状細胞特異的KOマウスを用いて抗原刺激に伴う樹状細胞の抗原提示能の亢進にPyruvate Dehydorgense(PDH)の活性化が必要で、その活性化にp32分子が必要であることを明らかした(Cell Rep2018)。(ii)心筋特異的p32KOマウスの拡張性心筋症の発症は、オートファジー異常による心筋ミトコンドリア品質低下に起因していた。オートファジーの異常はオートファゴゾーム形成ではなく、むしろリソソームの機能低下によるオートリソソーム内の分解機能異常であることを明らかにした。p32分子の欠損はミトコンドリア依存性のNAD+の合成低下によるリソーソーム膜状に限局したATP合成不全が原因であり、ミトコンドリア翻訳異常からリソソームの機能異常に至る新しい経路を明らかにした(論文作成中)。p32-/-マウスと免疫に関連する研究に関しては、p32遺伝子KOによるミトコンドリアストレスがLPS誘導自然免疫反応を非常に強く増強させることとその分子メカニズムを明らかにできた。さらに、獲得免疫におけるミトコンドリア機能の関与を明らかにするために、抗原提示細胞である樹状細胞特異的p32-/-KOを作成し、抗原提示能の変化とその分子メカニズム解明へと研究を展開しており、PDHの活性化が重要であることを明らかするなど、計画通りに進んでいる。癌細胞とミトコンドリア研究では、固形癌のみならず白血病化におけるミトコンドリア機能の貢献に展開し、血球細胞特異的p32-/-KOマウスに白血病発病モデルを組み合わせて、その白血病化を観察している。白血病モデルに関しては、担当研究者の移動のために計画遂行が遅れているが、新しい人材の補充の計画をしているので、再開の見込みである。ミトコンドリアDNA特異的転写因子であるTFAMを臓器特異的に過剰発現させるトランスジェーニックマウス作成に関しては、順調にCre-LoxPシステム制御下にTFAM遺伝子を導入したマウスが作成できた。まずは骨格筋、心筋特異的に発現させるための交配を開始しており、必要な数のマウスが適週齢に達した時点で心筋梗塞誘発心不全モデルの実験が実施できる見込みである。(1)ミトコンドリアからのシグナルが免疫応答に果たす役割について、これまで行ってきた外来抗原に対する応答の研究が一区切りついたので、自己免疫反応を中心に解析する。(2)バイオマーカーの探索については、血清全体から血清中に含まれるマイクロベジクルに焦点を当てて解析を行う予定である。現在最も注目されている血中はベジクルはエクソーソムであるが、それは細胞内小胞から放出されているため、必ずしも元の由来組織を明確に特定できないのに比べ、マイクロベジクルに注目している理由は、マイクロベジクルは細胞膜のpinched offによって放出されるため、由来細胞の細胞膜を保持しており、その表面抗原を特定することで由来細胞を明確に特定出来るというベジクルであるという特性に注目しているからである。このことによって、ミトコンドリア異常を持つ組織の特定を血液を用いて解析するのに有利と考えている。(3)ミトコンドリアの品質管理に関しては引き続きミトコンドリア内のプロテアーゼ機能に着目して解析を進める。(4)p32の臓器特異的ノックアウトマウス、TFAMの臓器特異的発現マウスの作製とその解析は引きつづき継続する。特に後者は心不全進展におけるTFAMの抑止効果の分子メカニズムの解析を開始する予定にしている。この系は、2017年度の本研究費に基づく研究成果の多くで、活用されている。そして、ミトコンドリ細胞全体ではなく、ミトコンドリア内代謝を特異的に測定するための高速、効率的に無傷のミトコンドリアを生成する方法法を開発し、細胞全体の代謝とミトコンドリア内特異的代謝を区別して測定する系を完成した(投稿準備中)。

(2)ミトコンドリア関連疾患の予防とその治療に向けた戦略的開発: (i)ミトコンドリア局在タンパク質p32の遺伝子KOマウスと免疫疫に関しては、p32-/- MEF細胞において、エンドトキシンであるLPS刺激により炎症性サイトカインIL6の発現が数十倍に増強すること、その分子メカかニズムがp32ノックアウトによるミトコンドリアストレスにより転写因子AT4発現が誘導され、AT4によりIL6の転写が促進されることであると明らかにした。マクロファージ特異的p32-/-KOマウスにおいて、LPSによる個体死が野生型に比べ明らかに増加することから、個体レベルでもミトコンドリアストレスがLPSによる自然免疫の過剰反応を引き起こすことを示した。(ii)ミトコンドリアストレス反応(mtレスポンス)と癌幹細胞化では、癌幹細胞化の可塑性を示し、可塑的に幹細胞化した癌細胞ではミトコンドリア呼吸が亢進し、ミトコンドリア翻訳を標的とした抗生物質ドキシサイクリンに感受性になることを見出た。このことは抗んガン剤治療において、ミトコンドリア機能を標的にすることの有効性を示している。(iii) p32遺伝子変異によるミトコンドリア病患者を解析した国際共同研究を発表した。p32-/-マウスと免疫に関連する研究に関しては、p32遺伝子KOによるミトコンドリアストレスがLPS誘導自然免疫反応を非常に強く増強させることとその分子メカニズムを明らかにできた。さらに、獲得免疫におけるミトコンドリア機能の関与を明らかにするために、抗原提示細胞である樹状細胞特異的p32-/-KOを作成し、抗原提示能の変化とその分子メカニズム解明へと研究を展開している。癌細胞とミトコンドリア研究では、固形癌のみならず白血病化におけるミトコンドリア機能の貢献に展開し、血球細胞特異的p32-/-KOマウスに白血病発病モデルを組み合わせて、その白血病化を観察している。ミトコンドリアDNA特異的転写因子であるTFAMを臓器特異的に過剰発現させるトランスジェーニックマウス作成に関しては、順調にCre-LoxPシステム制御下にTFAM遺伝子を導入したマウスが作成できた。今後、骨格筋、心筋、神経など臓器特異的に発現させるための交配を開始する予定である。(1)トランスオミクス的ミトコンドリア機能評価:まずを5台のLC-MS/MSを使い、高感度に1000分子の検出が可能なメタボロミクスの測定系を作り上げた。この系は、2018年度の本研究費に基づく研究成果の多くで、活用されている。そして、ミトコンドリ細胞全体ではなく、ミトコンドリア内代謝を特異的に測定するための高速、効率的に無傷のミトコンドリアを生成する方法を開発し、細胞全体の代謝とミトコンドリア内特異的代謝を区別して測定する系を完成し、その有用性をNAD+の細胞内動態に注目することで示すことが出来た(論文作成中)。(2)ミトコンドリア関連疾患の予防とその治療に向けた戦略的開発: (i)ミトコンドリア局在タンパク質p32の遺伝子KOマウスと自然免疫疫に関しては、LPS刺激により炎症性サイトカインIL6の発現が数十倍に増強することと、AT4を介した部分子メカニズムを明らかかにした(EbioMedicine2017)。さらに、樹状細胞特異的KOマウスを用いて抗原刺激に伴う樹状細胞の抗原提示能の亢進にPyruvate Dehydorgense(PDH)の活性化が必要で、その活性化にp32分子が必要であることを明らかした(Cell Rep2018)。(ii)心筋特異的p32KOマウスの拡張性心筋症の発症は、オートファジー異常による心筋ミトコンドリア品質低下に起因していた。
分子レベルにおける侵襲力定量化のためのアポトーシス機構の検討

ラットにX線を照射した際に生ずるアポトーシス像をH-E染色とTUNEL法によって観察し,死後変化の影響を検討した。X線照射6時間後に屠殺し,脾,胸腺,副腎,精巣を摘出した。摘出後0,6,12,24時間室温にて保持した後固定し,パラフィン包埋標本をを作成した。非照射群では,脾,胸腺,精巣での少数のTUNEL陽性細胞が確認されたが,副腎では確認されなかった。H-E染色でアポトーシスを示す所見は得られなかった。照射群では胸腺皮質,脾リンパ瀘胞リンパ球に輪郭明瞭なアポトーシス陽性細胞の著明な増加を認めた。精巣原精細胞ではわずかな増加にとどまり,副腎では陽性細胞を確認できなかった。H-E染色で,胸腺皮質,脾リンパ瀘胞のTUNEL陽性細胞出現領域にほぼ一致して核縮小像を認めた。死後変化の検討では,H-E染色による核縮小像の増加は認められない。TUNEL法では,新鮮臓器に認められた核内のアポトーシス陽性像は死後経過にしたがって核外に拡散し,染色性は低下して輪郭不明瞭の像となった。また死後変化のみによるTUNEL陽性細胞の出現は各臓器とも認められなかった。個々のTUNEL陽性細胞が照射によるアポトーシスによるのか,それとも死後変化によるものかの判断は困難であるが,TUNEL陽性拡散像をともなうものがあれば死後変化の影響を受けた陽性であるとの判断は可能であろう。動物実験としてラット(Wistar Imamichi),マウス(BALB/c)を用いた.apoptosis誘導のため侵襲としてdexamethasone(以下DE),ホルマリン投与,放射線照射(以下R)を行った.3-5Wのラット及びマウスに0.1mg/mlのDE(1,2,4mg/Kg)または2.5%ホルマリン(0.05ml/10g)を腹腔内に注射した.Rは5Gyまたは10Gyを照射した.6時間から3日経過後,麻酔下において開胸し心放血によって屠殺し,諸臓器を摘出した.死後0から24時間の範囲でparaformaldehydeを用いて固定し,paraffin切片を作成し,H-E染色,TUNEL法またはp53抗原の免疫組織染色を行った.apoptosisはH-E染色では核の濃縮と濃染として確認されるが,これは強侵襲動物群の主に胸腺皮質・髄質,脾臓,精巣において観察され,他の臓器や弱侵襲動物群では軽度に認められた.侵襲の種別ではR群で再現性のよいapoptosisが誘発された.TUNEL法およびp53免疫染色では死後0時間固定の組織では明瞭に確認できるが,死後経過により陽性細胞数は増加するものの,染色性は不明瞭となる傾向が見られた.今後検体数を増やし,死後変化のもたらす影響を定量化する予定である.今後の課題として,fas等の他の抗原の検出と解剖検体への応用にあたりapoptosis検出の至適条件に関する検討があげられる.ラットにX線照射時のapoptosis像をH-E染色とTUNEL法によって観察し,死後変化の影響を検討した.X線照射6時間後に屠殺し,脾,胸腺,副腎,精巣を摘出した.摘出後0,6,12,24時間室温にて保持した後固定し,パラフィン包埋標本を作製した.非照射群では,脾,胸腺,精巣で少数のTUNEL陽性細胞が確認されたが,副腎では確認されなかった.照射群では胸腺皮質,脾リンパ濾胞リンパ球に輪郭明瞭なapoptosis陽性細胞の著明な増加を認めた.精巣原精細胞ではわずかな増加にとどまり,副腎では陽性細胞を確認できなかった.H-E染色で,胸腺皮質,脾リンパ濾胞のTUNEL陽性細胞出現領域にほぼ一致して核縮小像を認めた.死後変化の検討では,H-E染色による核縮小像の増加は認められない.

TUNEL法では,新鮮臓器に認められた核内のapoptosis陽性像は死後経過にしたがって核外に拡散し,染色性は低下して輪郭不明瞭の像となった.また死後変化のみによるTUNEL陽性細胞の出現は各臓器とも認められなかった.個々のTUNEL陽性細胞が照射によるapoptosisによるのか,それとも死後変化によるものかの判断は困難であるが,TUNEL陽性拡散像をともなうものがあれが死後変化の影響を受けた陽性であるとの判断は可能であろう.本実験では,死後変化がapoptosis出現に対する影響の検討に留まり,侵襲の半定量は今後の課題となった.
強い相互作用のある系における対称性と物性

Luttingerの定理はFermi球の体積は相互作用によって補正をうけないというもので、Fermi液体論のもっとも基本的な定理の一つであるが、Luttingerの原証明は摂動展開に基づくもので、近年その有効範囲が再び議論されるようになった。例えば近藤格子では通常の摂動論の適用は困難であり、Fermi面の大きさが伝導電子の数で決まるのか、局在スピンも含めて決まるのかがそもそも明らかでない。数年前に、我々は一次元系に対してLieb-Schultz-Mattisの方法を応用し、Luttingerの定理のトポロジカルな証明を与えた。Lieb-Schultz-Mattisの議論は高次元へは直接適用できない。しかし、私は最近ゲージ不変性の議論と組み合わせることで、Lieb-Schultz-Mattisの議論を高次元に拡張した。そこで、これをLuttingerの定理の議論にも適用し、系がFermi液体であればFermi球の体積は相互作用によらず粒子数によって決まり、これは一種のトポロジカル量子化であることを示した。また、近藤格子については、局在スピンもFermi球に電子と同等の寄与をすることを示した。最近、磁性体の強磁場中での実験が盛んに行われるようになってきた。相互作用と量子効果でスピンギャップが生じている系に磁場をかけた時の挙動を調べるために、東工大田中グループによってTlCuCl_3の強磁場中での磁化過程が研究された。その結果、有限温度でも磁場誘起長距離秩序に伴う相転移の存在が確認された。しかし、既存の理論とは定性的にも磁化のふるまいが異なることもわかった。そこで、私は二国らと協力して、この現象が磁性体中の磁気励起(マグノン)のボースアインシュタイン凝縮として記述できることを示し、実験結果を定性的に説明することができた。この他、c=2共形場理論の非自明な境界条件を調べ、三角格子上の量子ブラウン運動への応用を議論した。最も重要な研究成果として、量子多体系における格子と粒子数の整合性が低エネルギー励起の存在と関係していることを示した。すなわち、励起ギャップが生じるには基底状態の単位胞あたりの粒子数が整数となることが必要である。これは、一次元における代表者等の最近の研究を、量子ホール効果との関連を元に高次元に拡張したものであり、トポロジー的な議論に基づく非常に一般的なものである。さらにこの議論を応用して、フェルミ流体論において古くから知られているラッティンジャーの定理の新しい強力な証明を与えた。これによると、従来の方法では解析が難しかった近藤格子系についても、局在スピンがフェルミ球の体積に寄与することが明確に示される。また、スピンギャップ系に磁場を加えると臨界磁場で磁気長距離秩序が生じることは以前より認識されていたが、我々はこれをマグノンのボーズアインシュタイン凝縮と見なせることを提案し、T1CuC13における最近の実験結果を解析した。特に、磁化の温度依存性は従来の平均場理論では理解が難しいが、マグノンの凝縮という立場では少なくとも定性的には自然に理解できる。その他の成果として、以前提案したCu benzoateにおける磁場誘起ギャップの理論を発展させ、詳細な解析を行った。更に、本質的に同じ理論がYb4As3の磁場誘起ギャップも説明することを示した。また、Z_6対称性を持つ3次元の古典スピン系をくりこみ群に基づいて解析し、従来中間相と考えられてきた領域は実際には低温相へのクロスオーバーであることを明確にした。
航空機を用いた教員研修用プログラムの開発とその活用

H23年より小学校や中学校の理科の教員を対象に行ってきた航空機研修の成果をより多くの教員がより多くの場面で活用できるようにするために、既存のプログラムをたたき台に、新たに航空機を用いた教員研修プログラムと教材の開発を行い、その活用の拡大を目指した。具体的には、研修の課題実験の中心になる物理実験用の装置開発と動画教材の制作、微小重力下での実験のノウハウや教員研修での活用法についてまとめたマニュアル作りを行うとともに、児童生徒が使える無重力実験教材の開発を行い、中学校における授業実践でその有効性を確かめた。航空機を用いた教員研修は、東京学芸大学の理科教員高度支援センター(ASCeST)でH23年より実施しているもので、主に小学校や中学校の理科の教員を対象に、理科における直接体験の重要性を再認識してもらうことを主目的に取り組んできた。本研究では、航空機研修の成果をより多くの教員がより多くの場面で活用できるようにするために、既存のプログラムをたたき台に、新たに航空機を用いた教員研修プログラムと教材の開発を行い、その活用の拡大を目指す。H27年度は、当初の計画通り下記の2点について研究を進めた。1)課題実験の選定と実験装置の設計と組み立て、研修参加者向けの自由実験のマニュアルの作成2)機内レイアウトの検討。従来は、間に合わせ的に各装置を配置していたが、映像化することを念頭に、設置方法・撮影方法の最適化。H27年度は、重量と質量の違いを視認させる実験装置の開発と、水や粉体を使用した実験(水滴同士の衝突実験など)を実施するための可搬型の実験環境(防水ケース)の開発に取り組んできた。開発された装置・器具は、いずれもパラボリック飛行を行う航空機に持ち込み、動画撮影に適したセッティング方法を検討するとともに、無重量状態でその性能を確認したところ、ほぼ期待通りの機能が確認できた。特に水を用いた実験は、以前より研修において、研修参加者から実施が望まれていたにも関わらず、機内で飛散した水が航空機の機器に影響を与える可能性があるために、なかなか許可にならなかったもので、今回開発された器具により、研修参加者が望む実験を機内で行うことができるようになると考えられる。教員研修用のマニュアルについては未着手ではあるが、同研修の課題実験で中心的なものになる、重量と質量の違いを認識させる装置の開発と、自由実験で扱えるテーマを大きく広げる(水を用いた実験を可能にする)ことのできる防水ケースの開発がほぼ完了したため。本研究では航空機研修の成果を、より多くの教員がより多くの場面で活用できるようにするために、既存のプログラムをたたき台に、新たに航空機を用いた教員研修プログラムと教材の開発を行い、その活用の拡大を目指すものである。これまでに、課題研究の選定と実験装置の設計・組み立て、研修参加者向けの自由実験のためのマニュアル作り、機内レイアウトの検討に取り組み、「重量と質量の違いを視認させる実験装置」の開発と、水や粉体を使用した実験(水滴同士の衝突実験など)を実施するための可搬型実験環境を完成させるとともに、その動作をパラボリックフライトを行う飛行機内で確認できた。「重量と質量の違いを視認させる実験装置」については、狭い機内で行うにも関わらず、おもりの移動距離を十分に長くとれる工夫をし、明瞭な映像が再現性よく得られるようになった。また、水を用いた実験は、以前より研修において研修参加者より実施が望まれていたにもかかわらず、機内で飛散した水が航空機の危機に影響を与える可能性があるため、なかなか許可にならなかったもので、開発された可搬型実験環境で、水滴が球となって浮遊する様子や、水滴に発泡入浴剤を入れて膨らむ様子などが、簡単に観察・撮影できるようになった。教員研修用のマニュアルも原型になるものがほぼできあがり、また、本研修の課題実験の中心になる「重量と質量の違いを認識させる装置」と、自由実験で扱えるテーマを大きく広げることのできる(水を使用した実験を可能にすることのできる)可搬型実験環境が完成し、いずれもH28年度のフライトで、正しく機能することが確認できたため。具体的には、研修の課題実験の中心になる力学実験(「重量と質量の違いを認識させる装置」や「振り子」)と、自由実験で扱えるテーマを大きく広げることのできる、水を使用した実験を可能にすることのできる可搬型実験環境の開発を行った上で、実際の研修時にこれらをパラボリックフライト中の機内で使用し、最適な撮影条件を選びながら動画教材を制作した。特に膝の上でも簡単に操作できる、水密容器の登場で、それまで微小重力下の機内で扱うことが困難であった液体や粉末の使用が可能になり、研修時に扱える実験の種類が飛躍的に増えた。また、微小重力下での実験のノウハウ、および教員研修での活用法については、上記の例を中心にマニュアル化した。無重力実験のマニュアルは、当該フライトを提供している会社でも準備しているが、本格的な技術者のためのマニュアルであり、教育(教員研修など)に向けたものは、本マニュアルが最初である。

H29年度より、本学の教員研修では、予算の関係で航空機を使用した研修が中断されているが、同研修の再開時にはすぐに活用できるよう、マニュアルは電子化され、配布の準備を整えた。さらに、地上で行う無重力実験教材の開発を行い、中学校における授業実践でその有効性を確かめた。実践における生徒の反応から、無重力実験教材は物理現象を理解しやすくする、あるいは理解を深めることができるという点を明らかにすることができた。H23年より小学校や中学校の理科の教員を対象に行ってきた航空機研修の成果をより多くの教員がより多くの場面で活用できるようにするために、既存のプログラムをたたき台に、新たに航空機を用いた教員研修プログラムと教材の開発を行い、その活用の拡大を目指した。具体的には、研修の課題実験の中心になる物理実験用の装置開発と動画教材の制作、微小重力下での実験のノウハウや教員研修での活用法についてまとめたマニュアル作りを行うとともに、児童生徒が使える無重力実験教材の開発を行い、中学校における授業実践でその有効性を確かめた。H28年度は、研修教員(23名)をテストフライトに同乗させ、H27年度に開発された装置を用いた実験を体験してもらい、その有効性や改善点等を明らかにする。同時に、当初の予定通り、研修プログラムの全体を見直し、特に講義の内容を電子化することで、自宅などでも学習できるシステムを構築する方法について検討する。H27年度に、未着手であった、教員研修用のマニュアルについては、上記の講義内容の電子化とともに進める予定である。これまでの研究成果を取りまとめ、次回のASCeSTの研修(時期未定)で役立てる体制を作る。また、これまでの研修を通して、無重力実験の成果(登場した教員の実体験や機内で撮影したビデオ映像)を学校現場で活用するために、教室の中でも簡単にできる無重力実験が欲しいとの要望が出てきたので、これに対応する予定である。理科教育開発対象となった実験装置の一部に既有の装置・素材を活用したり、DASより借用することで、想定していた費用が抑えられたため。パラボリックフライトのための国内旅費をASCeSTが負担したため。パラボリックフライトの費用が値上されるため、その差額に充てる予定。次年度の「教室内で再現できる無重力実験」の開発に使用する(主に、材料費として)。
低振幅高周波振動による場や質量の検出ならびに試料の同定

原子間力顕微鏡において、試料の組成をマッピングする機能を実現することを主目的としている。究極的には、各種元素の種類を反映した色分けを行った撮像手法の確立を目指している。今年度は、シリコンや、各種合金において、原子分解能と、構想に基づく組成像の取得に成功した。提案した手法は自励しているカンチレバーの周波数の極小値を維持するように探針試料間距離を制御するものである。従来の一定周波数シフト制御と比べて、より試料の近くを作動点とするため、探針と試料の接触が懸念されたが、様々な試料に対して安定した撮像が可能であることをしめした。また、得られた組成像は、1オングストロームオーダの大きさの、色の異なる特徴点から構成されており、原子オーダーの分解能で組成を差別化して表示することに成功したことを示唆するものである。残された課題としては、色=原子種、と考えて良いかどうか、シリコン(111)7x7のアダトムがそれぞれに異なるポテンシャルを有するのを反映した色分けが可能かどうか、などを明らかにすることである。光励振とヘテロだダインレーザードップラー計測を用いた超高真空原子間力顕微鏡においては、ルーチーン的にシリコンやKBr表面のフォースカーブ取得を可能とした。また、数pmから100pmオーダの探針試料間距離の位置変調をカンチレバー振動の1/10程度以下の周波数で印加し、作動点の変調を行った。これを高速の周波数変化追従回路でモニターすることにより、周波数変化の変化率のリアルタイム計測を可能とした。現在、探針が試料近傍にあるときの探針先端近傍のディスロケーションによる急激なフォースカーブの変化により、周波数喧嘩の微分信号が暴れる現象を確認している。位置変調の振幅、位置変調の変調周波数の上限、SN比等について基本的な傾向を把握することが可能になった。また、同工学系を超高真空透過電子顕微鏡に構成することに成功し、同顕微鏡下でフォースカーブを取得することが可能になった。その結果、電子的・力学的元素同定の比較実験の基本的構成の構築が終了した。ナノ振動子や分子の振動制御と計測の可能性を電界イオン顕微鏡を用いて検証している。振動子として、カーボンナノチューブ、グラフェン、各種単分子膜、銅フタロシアニン単分子などの観察を同顕微鏡で行い、蛍光板上の振動性のパターンの考察を行っている。併せてグラフェンの静電励振の実験を行っている。概ね順調に進展している。来年度中期に構想の実現が可能であると予測している。探針の状態、制御等の作動点の把握、制御パラメーターや各種フィルターの適切な選定に関して改善の余地がある。堅牢性が高い試料同定方法を確立する。
生体組織の伸展性に対する魚類由来エラスチンペプチドの影響

カツオ動脈球由来のエラスチンペプチドを高血圧自然発症ラットに投与することにより、大動脈内皮細胞の傷害が軽減され、壁の収縮能が低下が認められた。エラスチンペプチドの消化吸収により血中で増加するProlylglysine(PG)を静脈内に投与したラットにおいても内皮細胞の保護作用が認められたことから、有効成分はPGであることが明らかとなった。一方、ヘアレスラットに紫外線照射により光老化を惹起し、エラスチンペプチド含有クリームの効果を検証したところ、塗布群では皮膚伸展性の向上が認められた。これらの結果より、カツオ動脈球由来のエラスチンペプチドは、動脈や皮膚に対して障害抑制作用があることが示唆された。弾性線維は膠原繊維とともに細胞外マトリックスの主成分として、臓器・組織の形態や機能の維持に重要な役割を演じている。弾性線維は個体の成熟後は新生・再生が生じないため、加齢や種々の疾患において見られる弾性繊維の変性・崩壊は多くの場合非可逆性で、重大な機能低下をもたらす。本研究では、弾性繊維の再生および機能回復を目的として、弾性繊維の構成蛋白質エラスチンより得られたペプチドを病態モデル動物に投与し、皮膚や動脈の機能に及ぼす影響を検索した。1.高血圧による動脈機能障害に及ぼす影響:高血圧モデル動物であるSHRでは高血圧の進展とともに、動脈壁の拡張能の低下が生じる。そこでSHRに大量のエラスチンペプチドを長期間投与し、動脈の伸展性や種々の増殖因子発現への影響を検討した。データの解析を行っているが、低応力での拡張能の改善が認められている。増殖因子の発現に関しては、解析中である。2.皮膚の老化に及ぼす影響:紫外線の照射により皮膚では伸展性の低下や硬化が生じる(光老化)。ヘアレスラットに紫外線を照射し、同時にエラスチンペプチド含有クリームを塗布した。組織学的に、塗布群では皮膚表面が滑らかで、表皮の厚さもほぼ均一であった。伸展性や結合組織関連分子の発現には、著明な影響は認められなかった。これらに実験結果から、エラスチンペプチドには、エラスチン新生効果は認められないものの、動脈や皮膚の機能にはある程度の改善効果があることが推測された。最終年度の研究成果:高血圧自然発症ラット(SHR)にカツオ動脈球由来エラスチンペプチド(EP)を持続的に投与し、血圧や体重の変動に及ぼす影響を経時的に観察するとともに、自然死後諸臓器における病変および皮膚進展性に及ぼす影響を検索した。その結果、血圧や生存日数には有意の差は認められなかったが、病変の頻度や皮膚の伸展性には改善傾向が認められた。これらの結果は、EPが加齢や高血圧による弾性組織の機能低下の防止に有効であることを示唆している。研究期間全体の研究成果:安全性の高い魚類由来のEPが、動脈や皮膚など伸展性が要求される組織にどのような影響を及ぼすかを、ラットを用いて検索し、以下の結果を得た。1)SHRにEPを投与することにより、大動脈における内皮細胞傷害の軽減・収縮反応の改善が認められた。EPの分解物であるProlyl glysin(PG)を投与することにより、内皮細胞傷害の軽減・拡張能の改善が認められた。2)ヘアレスラットに紫外線照射を行い、皮膚の光老化に対するEPの影響を検索した。EP塗布群ではプラセボ塗布群に比べ、紫外線照射による皮膚進展性の低下は明らかに抑制された。3)SHRにEPを長期にわたり投与し、高血圧性臓器障害や皮膚進展性に及ぼす影響を検索したところ、EP群では病変発症や伸展性低下に対して抑制傾向が認められた。今回の研究により、魚類由来のEPは安全性が高く、弾性組織の機能低下に対して抑制的な作用を有すること、およびその効果は主としてPGによることが明らかとなった。これらに結果により、魚類由来EPは化粧品・健康食品あるいは医薬品としての応用がきたいされる。エラスチンは弾性線維の主たる構成成分であり、その性状の変化は臓器組織の機能に重要な影響をおよぼす。様々な病変や老化に伴ってエラスチンの変性や分解が生じることはよく知られているが、その修復に関する知見は殆ど得られていない。本研究では、比較的安全性の高い魚類由来のエラスチン分解産物が組織の機能や病変の改善に有効であることを検証することを目的として、ラットにエラスチンペプチドを投与し、大動脈および皮膚の形態や機能に及ぼす影響を生体力学的・分子生物学的および病理組織学的に検索した。1.大動脈に及ぼす影響:高血圧自然発症ラット(SHR)では、血圧の上昇とともに大動脈の内皮細胞の傷害や伸展性の低下が認められるが、エラスチンペプチドあるいはその分解産物であるprolyl-glysinを投与したラットでは、内皮細胞傷害は明らかに軽度であり、且つフェニレフリンに対する収縮反応の抑制や壁の伸展性の改善が認められた。しかし、結合組織蛋白の発現には有意の差は認められなかった。