hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生殖と性行動の協調的制御に関わるペプチドニューロンの生物機能に関する統合的研究

1)脳の視床下部にあるキスペプチンニューロンが、動物の繁殖状態に応じて神経活動や遺伝子発現を劇的に変化させるセンサーとしてはたらくことを発見(プレスリリース)2)視床下部ドーパミンニューロンによるGnRHニューロン制御機構の解析3)キスペプチンニューロンの脊椎動物に共通する機能の解析4)キスペプチン神経系の摂食・内分泌系に対する制御機構の解析また、研究成果に関するプレスリリース記事を東京大学のホームページにおいて発表した。その結果、「繁殖期に活発な働き」日経産業新聞朝刊(2014年12月3日)および「脳内ニューロンを発見繁殖状態のセンサーとして働き繁殖期に特有な行動を制御」科学新聞(2014年12月12日)などで新聞報道され、研究成果を一般社会にも広く広報することができた。平成26年度1年間だけで、本研究計画に関連して、Science誌を含む5報の原著論文を発表し、うち1論文の内容に関しては、上述したように、プレスリリースを行い、新聞各紙にも報道されるなど、情報の社会発信もできた。また、同一専攻内の研究室との共同研究の結果、申請者が長年の研究から作業仮説として提唱してきた、ペプチドニューロンの一種である生殖腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH3)を産生するニューロンが、メダカの性行動において、異性を受け入れるときの行動の動機付けに強く関与することを、遺伝学、行動学、神経生理学、等の多角的な研究手段を用いて証明した。一方で、学会発表は、上述のような研究成果を、日本動物学会総会および関東支部会、日本神経科学学会、などの国内の学会で7演題発表するのみならず、国際的に最も評価の高い神経科学の学会である米国Society for Neuroscience Annual Meetingにおいて5演題、国際的に内分泌学の最大の学会であるEndocrine Society Meetingにおいて3演題発表したほか、フランス開催のヨーロッパ比較内分泌学会および岡崎における国際両生は虫類内分泌学会における招待講演を行った。それに加えて、申請者は大会長として札幌において国際神経行動学会(参加者約600名)を組織して開催すると共に、関連するワークショップ、一般講演会も開催し、一般発表も行った。今年度を中心として、メダカを用いて、生殖や性行動に関連したペプチドニューロンやその受容体、性ステロイドホルモン受容体、等の遺伝子をノックアウトしたトランスジェニック動物の作成に次々と成功し、続々と新たな発見をしつつある。このように、現在まで、研究計画は順調に進行していると考えている。以下のような研究成果を、日本動物学会、日本神経科学学会、日本比較内分泌学会などの国内の学会で発表するのみならず、国際的にそれぞれの分野で最も権威のある米国神経科学学会、米国内分泌学会、第3回キスペプチン国際会議で発表した。以下に、学会ないし論文発表した主要な研究成果を要約する。1)キスペプチンニューロンの性ステロイドホルモン
シュードモナス属細菌の生産するリグニン分解酵素に関する研究

1.リグニンモデル化合物であるフェルラ酸メチルエーテル(FAM),ベラトリルグリコールーβ-バニリン酸エーテル(VGVE), 5.5'-デヒドロジバニリン酸(DDVA)の分解機構を解明するためにMNNG処理により代謝系の一部が欠損した変異株を作製し,各々の分解経路を推定した.2.グァヤシルグリセロールーβ-グァヤシルエーテル(GGGE),フェルラ酸フェナシルエーテル(FAPE)を用いてβ-エーテル結合解裂酵素活性を調べた.超音波処理等により粗酵素液を調製し,化合物GGGE, FAPEの分解を調べたが,活性は検出出来なかった.補酵素,金属,ビタミン類等を添加,種々条件を検討したが活性は検出されなかった.スフェロプラスト調製後さらに粗膜小胞を調製し,種々の条件下で検討したが,同様に活性はなかった.最後に,浸透圧ショック処理によりShocked cellを調製し,エーテル結合解裂反応を測定した所,生菌に比べて著しく活性が減少した.また, Shockedfluid単独中には解裂活性は全くなかったが,上述のShocked cellにこのShockedfluidを加えることにより活性の回復が明らかに認められた.この様に, β-O-4エーテル結合の解裂は細胞内膜透過系が関与する複雑な機構が示唆された.なお, β-エーテル化合物を代謝させるとα位は脱水素された化合物が中間体としてしばしばみとめられ,従ってこの脱水素反応はβ-エーテル解裂の前段階として重要なステップであると予想されたことから, α位脱水素酵素の検出,精製を行った.このうちGGGEに特異性の高い酵素は電気泳動的に単一になるまで精製出来た.3.DDVAを用いて,ビフェニル分解活性をしらべたが, DDVAの解裂活性は前述の粗酵素液中には検出できなかった.1.リグニンモデル化合物であるフェルラ酸メチルエーテル(FAM),ベラトリルグリコールーβ-バニリン酸エーテル(VGVE), 5.5'-デヒドロジバニリン酸(DDVA)の分解機構を解明するためにMNNG処理により代謝系の一部が欠損した変異株を作製し,各々の分解経路を推定した.2.グァヤシルグリセロールーβ-グァヤシルエーテル(GGGE),フェルラ酸フェナシルエーテル(FAPE)を用いてβ-エーテル結合解裂酵素活性を調べた.超音波処理等により粗酵素液を調製し,化合物GGGE, FAPEの分解を調べたが,活性は検出出来なかった.補酵素,金属,ビタミン類等を添加,種々条件を検討したが活性は検出されなかった.スフェロプラスト調製後さらに粗膜小胞を調製し,種々の条件下で検討したが,同様に活性はなかった.最後に,浸透圧ショック処理によりShocked cellを調製し,エーテル結合解裂反応を測定した所,生菌に比べて著しく活性が減少した.また, Shockedfluid単独中には解裂活性は全くなかったが,上述のShocked cellにこのShockedfluidを加えることにより活性の回復が明らかに認められた.この様に, β-O-4エーテル結合の解裂は細胞内膜透過系が関与する複雑な機構が示唆された.なお, β-エーテル化合物を代謝させるとα位は脱水素された化合物が中間体としてしばしばみとめられ,従ってこの脱水素反応はβ-エーテル解裂の前段階として重要なステップであると予想されたことから, α位脱水素酵素の検出,精製を行った.このうちGGGEに特異性の高い酵素は電気泳動的に単一になるまで精製出来た.3.DDVAを用いて,ビフェニル分解活性をしらべたが, DDVAの解裂活性は前述の粗酵素液中には検出できなかった.
分裂酵母の減数分裂に必須なノンコーディングRNAであるmeiRNAの局在化機構

分裂酵母の減数分裂進行に必須な長鎖non-coding RNA (lncRNA)であるmeiRNAは、自らの遺伝子座であるsme2遺伝子座に凝集し、ドット状の構造体を形成して機能する。昨年度までの研究から、meiRNAは、減数分裂特異的な転写産物の分解に関わるRNA結合タンパク質Mmi1のターゲットの1つであることが明らかとなった。そこで今年度は、meiRNAとMmi1の機能的な関連について検討した。まず、meiRNA上に存在するほぼ全てのMmi1の認識モチーフ(DSRモチーフ)に変異を導入したsme2-DSRless株を作製したところ、meiRNAのドット状の局在が観察されず、減数第一分裂で停止する表現型を示した。よって、meiRNAに存在するDSRモチーフが、meiRNAのドット形成と減数分裂を進行させる能力に重要であるといえる。また、野生株では観察されるMmi1のsme2遺伝子座への局在化は、sme2-DSRless株では観察されなかった。さらに、体細胞分裂期においてmeiRNAを過剰発現したところ、Mmi1がsme2遺伝子座に1点に局在する細胞の割合が増加した。そして、mmi1の機能を若干低下させた状態でmeiRNAを過剰発現すると、DSRをもつmRNAの発現量が増加することが明らかとなった。よって、meiRNAの過剰発現によってMmi1は一点に束ねられ、その結果、活性低下が誘導されると考えられる。以上から、meiRNAの機能について次のようなモデルが考えられる。meiRNAは3'側に多数含まれるDSRモチーフを介してMmi1と結合し、自らの遺伝子座に局在してドットを形成する。自らの遺伝子座に局在したmeiRNAは、Mmi1の擬似餌として働くことでMmi1をさらに誘引し、Mmi1の活性低下を誘導している。(抄録なし)分裂酵母に存在するnon-coding RNAであるmeiRNAは,自身の遺伝子座に凝集し,核内でドット状の構造体となる。meiRNAドットは減数分裂に必須であるため,この局在化機構の解明により,分裂酵母の減数分裂に対する理解と,RNAを含む核内構造体の形成機構についての知見がより深まると期待される。今年度はまずmeiRNAの局在化機構に関与する因子の単離を試みた。レポーター遺伝子を用いた遺伝学的スクリーニングや,転写終結やRNAプロセシング関連因子で,meiRNAのドット形成率に影響する変異体の探索から,いくつかの候補因子をとして得た。meiRNAの局在化機構に重要な領域を詳細に決定するため,付近の配列を注意深く調べていたところ,meiRNAの下流1kbの領域にDSRを構成する6塩基モチーフが大量に存在することがわかった。DSRは減数分裂特異的な遺伝子に存在し,減数分裂抑制因子Mmi1によって認識され,RNA分解系へと誘導される目印配列である。まず,meiRNAがMmi1の標的となっているか検討するため,mmi1変異体におけるmeiRNA量を計測したところ,上昇していた。mmi1変異体において検出されたmeiRNAは,今まで解析してきたmeiRNAよりも長いものであった。meiRNAの配列のうち,減数分裂の進行に重要な領域は,長いmeiRNAにのみ存在する3'側の領域であり,この領域はMmi1と直接結合することが分かった。更に,Mmi1の補助因子であるRed1の変異体で,通常1個しか観察されないmeiRNAドットが複数個観察されることが分かった。以上から,meiRNAの発現調節,ドット形成にMmi1の機構が重要であるということが分かった。来年度は,meiRNAとMmi1の関係性をより詳細に解析し,RNA局在化と発現調節の関係について解析していきたい。分裂酵母の減数分裂に必須な長鎖non-coding RNAであるmeiRNAは、自らの遺伝子座に凝集し、ドット状の構造体を形成して機能する。昨年度、減数分裂特異的な転写産物の分解に関わる因子Mmi1がmeiRNAの発現調節に寄与していること、及び、Mmi1の補助因子であるRed1がmeiRNAの局在化に関与していることを明らかにした。今年度は、Mmi1/Red1とmeiRNAの局在化との関係について詳細な解析を行った。野生株において、Mmi1とRed1は核内で複数個のドットとして観察され、両者は共局在している。このMmi1/Red1ドットのうちの1つが、meiRNA遺伝子座に局在していることが分かった。Mmi1/Red1ドットのmeiRNA遺伝子座への局在は、meiRNAの転写が低下する変異体では観察されなかった。meiRNAの局在をmmi1変異体で観察したところ、meiRNAのドットは検出されなかった。この時、Red1はmeiRNA遺伝子座から離れていた。一方red1破壊株では、通常1つだけ観察されるmeiRNAのドットが複数個になり、meiRNA遺伝子座から離れていた。その複数個のmeiRNAドットにはMmi1ドットが共局在していた。以上の結果から、meiRNAのドット形成機構1に関して次のようなモデルが考えられる。まず、転写されたmeiRNAにMmi1が結合し、meiRNAが束ねられドット化する。Mmi1はRed1と複合体を形成しており、Red1はmeiRNA遺伝子座と直接的ないし間接的に結合し、meiRNAドットをmeiRNA遺伝子座に留める。

よって、meiRNAはmeiRNA遺伝子座に単一のドット状構造をとることが出来る。分裂酵母の減数分裂進行に必須な長鎖non-coding RNA (lncRNA)であるmeiRNAは、自らの遺伝子座であるsme2遺伝子座に凝集し、ドット状の構造体を形成して機能する。昨年度までの研究から、meiRNAは、減数分裂特異的な転写産物の分解に関わるRNA結合タンパク質Mmi1のターゲットの1つであることが明らかとなった。そこで今年度は、meiRNAとMmi1の機能的な関連について検討した。まず、meiRNA上に存在するほぼ全てのMmi1の認識モチーフ(DSRモチーフ)に変異を導入したsme2-DSRless株を作製したところ、meiRNAのドット状の局在が観察されず、減数第一分裂で停止する表現型を示した。よって、meiRNAに存在するDSRモチーフが、meiRNAのドット形成と減数分裂を進行させる能力に重要であるといえる。また、野生株では観察されるMmi1のsme2遺伝子座への局在化は、sme2-DSRless株では観察されなかった。さらに、体細胞分裂期においてmeiRNAを過剰発現したところ、Mmi1がsme2遺伝子座に1点に局在する細胞の割合が増加した。そして、mmi1の機能を若干低下させた状態でmeiRNAを過剰発現すると、DSRをもつmRNAの発現量が増加することが明らかとなった。よって、meiRNAの過剰発現によってMmi1は一点に束ねられ、その結果、活性低下が誘導されると考えられる。以上から、meiRNAの機能について次のようなモデルが考えられる。meiRNAは3'側に多数含まれるDSRモチーフを介してMmi1と結合し、自らの遺伝子座に局在してドットを形成する。自らの遺伝子座に局在したmeiRNAは、Mmi1の擬似餌として働くことでMmi1をさらに誘引し、Mmi1の活性低下を誘導している。今年度は,meiRNAの局在化機構に関わる因子を探索する系を構築し,実際に探索を行なうことが目標であった。予定していた遺伝学的スクリーニングの実験や転写終結・RNAプロセシング関連因子におけるmeiRNAドットの観察実験からは,いくつかの候補因子を獲得している。また,meiRNAとMmi1やRed1という因子の関与も見出すことができた。よって,因子の特定という今年度の目標は概ね達成されたと考えている。今年度はmeiRNAのドット形成に関わる因子を同定し、その機能を解析することが目標であった。昨年度に取得したmeiRNAのドット形成に関与する因子Mmi1やRed1の変異体解析から、Mmi1/Red1がmeiRNAとmeiRNA遺伝子座を繋ぎ留めているということが示唆された。よって、meiRNAのドット形成機構に関わる因子の同定とその機能の解明はおおまかに完了し、目標は達成された。Mmi1や補助因子Red1とmeiRNAの発現制御や局在化機構との関連が明らかになったので,今後はMmi1やRed1がどのようにmeiRNAに対して作用しているのかについて研究を進めていく。まず,Mmi1-DSRを介したRNA分解システムを構成する因子におけるmeiRNAの発現を調べ,meiRNAの分解制御に関与している因子を同定する。
破断面解析による部分床義歯の疲労破壊に関する新しい評価方法

本研究は,臨床で用いられ破折や変形などを起こした部分床義歯の破面観察から破折の開始部位とその形態的特徴を分析し,有限要素法を用いた応力解析の結果と照らし合わせることにより,破壊の原因となった破壊荷重(咬合力)を数学的に解明する方法を模索した.その結果,現在までに以下のような知見が得られた.採取した義歯の破折部界面から破折の開始に関与した亀裂の開始部位を同定し,同時に開始部位に存在する微小欠陥の大きさを顕微鏡上で計測した.その結果,特に金属部分の破折が明らかであった多くの症例において,維持装置(クラスプ)そのものか,その近傍で破折の開始点が観察された.これらの試料では,応力解析において最大応力の発生部位と推定された部位と破折の開始部位とが一致していた.その一方で,大連結子部や比較的厚さや幅の大きな小連結子において破折を生じた少数の試料では,破折開始部位は推定された最大応力発生部位とは異なっていた.これらの破断面には微小欠陥が確認可能であった.すなわち,比較的幅や厚さのある大連結子や小連結子で破折した試料では,破壊の直接的な原因として,金属表面の微小な欠陥の存在が大きな影響を与えていた.これらの破折事故においては,破損部の幅や厚さといった形態的な要因よりも微小欠陥の分布状態が破損事故の発生に大きな影響を及ぼしている可能性が示唆された.現在さらに,破壊の直接原因となった荷重(咬合力)を破面形状から推定すべく検討中である.本研究で得られた基礎的知見をもとに,今後さらに破断面の形状観察から疲労破壊の進行過程を明らかにする予定である.これにより,義歯の理論寿命値を推定するための方法論を明確にして,義歯設計の評価における新しい指針を確立することを目指している.1)試料の採取:コバルトクロム合金,金合金およびチタン合金などの各種金属と床用レジンから成る部分床義歯で,患者が使用中に破折,損傷したもの,もしくは破断面のレプリカ,計12例を採取し,顕微鏡的観察に供した.また,義歯が使用されていた口腔内の環境や義歯の設計形態を記録した.材料組成はX線分析装置により元素分析を行い特定した.2)疲労破壊試験:採取した材料(金属またはレジン)と同じ組成の材料を用いて規格試験片を製作し,コントロールとしての繰り返し疲労破壊試験を行った.これより破壊に至る負荷と回数,破断面の形態観察を行い,それぞれの材料に特有の破壊靭性値と疲労強度との関連性を求めた.3)破折義歯の分析:採取した義歯もしくはレプリカの破折部界面を観察し,破折部の厚さ,幅などの他,義歯中の破折部の位置を記録した.また,亀裂の開始部位と欠陥を同定し,欠陥の大きさを計測した.以上の試験の結果,特に金属部分の破折が明らかであった症例のうち,多くの場合において,維持装置(クラスプ)そのものか,その近傍で破折の開始点が観察された.また,破壊の直接的な原因として,金属表面の微小な欠陥の存在が大きな影響を与えていたことが示唆された.破損症例においては,破損部の幅や厚さといった形態的な要因よりも,微小欠陥の分布状態が破損事故の発生に大きな影響を及ぼしている可能性が示唆された.平成13年度においては,使用合金ごとにさらに解析を進め,破損部位断面における微小欠陥の大きさとコントロール試験片の欠陥との比較を手がかりとし,口腔内で最終的に破壊を引き起こした応力を推定する予定である.さらに破断面の形状観察から,破壊過程における疲労要素の大きな症例について,破折に要した時間についての予想を行う.本研究は,臨床で用いられ破折や変形などを起こした部分床義歯の破面観察から破折の開始部位とその形態的特徴を分析し,有限要素法を用いた応力解析の結果と照らし合わせることにより,破壊の原因となった破壊荷重(咬合力)を数学的に解明する方法を模索した.その結果,現在までに以下のような知見が得られた.採取した義歯の破折部界面から破折の開始に関与した亀裂の開始部位を同定し,同時に開始部位に存在する微小欠陥の大きさを顕微鏡上で計測した.その結果,特に金属部分の破折が明らかであった多くの症例において,維持装置(クラスプ)そのものか,その近傍で破折の開始点が観察された.これらの試料では,応力解析において最大応力の発生部位と推定された部位と破折の開始部位とが一致していた.その一方で,大連結子部や比較的厚さや幅の大きな小連結子において破折を生じた少数の試料では,破折開始部位は推定された最大応力発生部位とは異なっていた.これらの破断面には微小欠陥が確認可能であった.すなわち,比較的幅や厚さのある大連結子や小連結子で破折した試料では,破壊の直接的な原因として,金属表面の微小な欠陥の存在が大きな影響を与えていた.これらの破折事故においては,破損部の幅や厚さといった形態的な要因よりも微小欠陥の分布状態が破損事故の発生に大きな影響を及ぼしている可能性が示唆された.現在さらに,破壊の直接原因となった荷重(咬合力)を破面形状から推定すべく検討中である.本研究で得られた基礎的知見をもとに,今後さらに破断面の形状観察から疲労破壊の進行過程を明らかにする予定である.これにより,義歯の理論寿命値を推定するための方法論を明確にして,義歯設計の評価における新しい指針を確立することを目指している.
耐糖能異常健康管理における1,5-AGの意義および他指標との比較

また、他の職域の尿糖または血糖の異常を示した男性作業者41名(平均:46.1±8.8歳)に75gOGTTを実施し、(1)血糖、Insulin、1,5-AG、(2)HbAlc、フルクトサミン(FRU)の5項目を測定した。(1)の3項目は空腹時、糖負荷後30分、60分、120分の4時点で、また(2)の2項目は空腹時に測定した。対象者はOGTTの結果により糖尿病型、境界型、正常型の3群に分類した。また、Insulin分泌能の指標であるInsulinogenic Index(Index,{Insulin(負荷後30分)-Insulin(空腹時)}/{血糖(負荷後30分-血糖(空腹時)})を算出した。糖負荷試験中、1,5-AGは糖尿病型で負荷後30分に軽度の低下が認められ、研究目的で1,5-AGを測定する場合には空腹で測定すべきであると考えられた。空腹時の各種糖代謝指標(1,5-AG、FBS、HbA1c、FRU、Index)間に有意な相関が認められた。なお1,5-AGと年齢とは有意な相関は認められなかった。FBSと他の糖代謝指標との間の相関が最も顕著であったので、各種指標についてFBSを補正したが、各種指標間で有意な相関が認められたのは1,5-AGとIndex、HbAlcとFRUの2つの組み合わせであった。Indexは負荷試験当日のInsulin分泌能を示していることより、FBSを補正した1,5-AGとIndexとの間に有意な相関が認められたことは、1,5-AGが測定時点での糖代謝状況を反映していると一般に考えられていることと矛盾しない結果と考えられた。耐糖能異常者管理に関する各種指標の組み合わせについては、なお検討を要するが、1,5-AGはFRUやHbAlcとは異なった扱い方をすべきと考えられた。
腹膜透析患者のカルニチン補充療法とAGEsを介した腹膜機能障害抑制効果の解明

先行研究でPD患者はPD排液への喪失と残存腎機能低下によりカルニチン欠乏を来していることを明らかにしており、PD患者におけるカルニチン欠乏が腹膜AGEs沈着を介して腹膜機能障害に関与していると仮説を立て、カルニチン補充療法の腹膜保護効果とその詳細なメカニズムを解明することを目的とした。前向き介入試験を行い、PD患者へのカルニチン補充療法が腹膜機能障害を抑制するかを明らかにした。久留米大学病院のPD患者28名を無作為にコントロール群(15例)とL-カルニチン投与群(13例)に割り付け、L-カルニチン投与群は、エルカルチンFF&reg;錠(250mg)3T3×毎食後に経口投与とし、6ヶ月間投薬した。試験を最後まで終了したコントロール群(12例)とL-カルニチン投与群(12例)について、腹膜機能やAGEsなどの評価を行った。前向き介入試験においては、コントロール群と比較し、L-カルニチン補充療法群では6か月後の腹膜機能に差はなかった。また、皮膚AGEsをはじめとした組織AGEs蓄積についても差を認めなかった。しかしながら、コントロール群と比較して、L-カルニチン補充療法群では、半年後の残存腎機能の低下率が有意に改善していた。そのメカニズムとして、血清過酸化脂質(LPO)の有意な低下と尿中L-FABP低下を伴っており、カルニチンによる脂質代謝の改善が、酸化ストレスを改善させ、残存腎機能を温存した可能性が示唆された。残存腎機能は、PD患者におけるPD継続率、生命予後に影響する重要な因子であり、現在カルニチン補充療法における残存腎機能改善、尿細管障害改善に焦点を変更し、研究を継続中である。現在は、糖尿病モデルラットやカルニチン欠乏マウス(JVS)マウスで慢性腎不全モデルを作製し、カルニチン補充療法の効果を検討している。先行研究でPD患者はPD排液への喪失と残存腎機能低下によりカルニチン欠乏を来していることを明らかにしていた。HD患者におけるカルニチン補充療法が、組織AGEs蓄積を有意に改善したことから、PD患者におけるカルニチン補充療法の腹膜保護効果を検討した。前向き介入試験を行い、PD患者における腹膜機能改善効果を検討したが、6か月間の投与期間後の腹膜機能改善は認めなかった。しかしながら、6か月後にL-カルニチン補充療法群では、有意に残存腎機能が温存される結果が得られた。残存腎機能は、腹膜機能と並びPD患者におけるPD継続率、生命予後に影響を与える最重要因子である。残存腎機能改善効果が得られ、そのメカニズムとして過酸化脂質低下とL-FABP低下を伴うことも判明した。L-カルニチン補充療法によりミトコンドリア機能が改善することで、酸化ストレスが軽減し、尿細管機能を改善した可能性が示唆された。そのため、現在は尿細管機能改善効果に焦点を切り替え、糖尿病性腎症モデルラットやカルニチン欠乏マウスの慢性腎不全モデルを作製し、研究を継続している。臨床研究にて、L-カルニチン補充療法群において残存腎機能を改善する結果が得られた。その機序として、カルニチンを投与することで、近位尿細管におけるミトコンドリア機能を改善し、酸化ストレスを改善させることで尿細管機能保護に働く可能性が示唆された。PD患者においては健常人と比較し、明らかにカルニチン動態が異なることは明らかになっている。しかしながら、保存期腎不全患者においても、カルニチン動態を検討したところ、健常者と比較しカルニチン動態が異なっており、相対的なカルニチン欠乏症であることが示唆された。L-カルニチンによる尿細管障害改善効果は、保存期腎不全においても認められる可能性があると考え、糖尿病性腎症モデルラットやカルニチン欠乏マウスで作製した慢性腎不全モデルにおいて、L-カルニチンの投与効果を検討する予定である。

現在は、糖尿病モデルラットやカルニチン欠乏マウス(JVS)マウスで慢性腎不全モデルを作製し、カルニチン補充療法の効果を検討している。先行研究でPD患者はPD排液への喪失と残存腎機能低下によりカルニチン欠乏を来していることを明らかにしていた。HD患者におけるカルニチン補充療法が、組織AGEs蓄積を有意に改善したことから、PD患者におけるカルニチン補充療法の腹膜保護効果を検討した。前向き介入試験を行い、PD患者における腹膜機能改善効果を検討したが、6か月間の投与期間後の腹膜機能改善は認めなかった。しかしながら、6か月後にL-カルニチン補充療法群では、有意に残存腎機能が温存される結果が得られた。残存腎機能は、腹膜機能と並びPD患者におけるPD継続率、生命予後に影響を与える最重要因子である。残存腎機能改善効果が得られ、そのメカニズムとして過酸化脂質低下とL-FABP低下を伴うことも判明した。L-カルニチン補充療法によりミトコンドリア機能が改善することで、酸化ストレスが軽減し、尿細管機能を改善した可能性が示唆された。そのため、現在は尿細管機能改善効果に焦点を切り替え、糖尿病性腎症モデルラットやカルニチン欠乏マウスの慢性腎不全モデルを作製し、研究を継続している。臨床研究にて、L-カルニチン補充療法群において残存腎機能を改善する結果が得られた。その機序として、カルニチンを投与することで、近位尿細管におけるミトコンドリア機能を改善し、酸化ストレスを改善させることで尿細管機能保護に働く可能性が示唆された。PD患者においては健常人と比較し、明らかにカルニチン動態が異なることは明らかになっている。しかしながら、保存期腎不全患者においても、カルニチン動態を検討したところ、健常者と比較しカルニチン動態が異なっており、相対的なカルニチン欠乏症であることが示唆された。L-カルニチンによる尿細管障害改善効果は、保存期腎不全においても認められる可能性があると考え、糖尿病性腎症モデルラットやカルニチン欠乏マウスで作製した慢性腎不全モデルにおいて、L-カルニチンの投与効果を検討する予定である。
原子間力顕微鏡による氷表面での２種類の擬似液体層の形状・厚み測定

氷表面観察のための原子間力顕微鏡(AFM)の改良を行った。ペルチェ素子と水冷機構を備えた自作の観察セルをインキュベータ内に入れ、環境温度と水蒸気量を調節してAFMで単結晶氷表面をスキャンすることに成功した。しかし、疑似液体層(QLLs)は過飽和水蒸気から凝縮するため平衡環境では現れないことが新たにわかった。過飽和水蒸気中で成長する氷表面上のQLLsをAFM観察するのは困難だったため、干渉計と濡れの理論により2種類のQLLsの厚みを推定した。また、塩化水素ガス存在下でなら平衡環境でQLLsが存在することを発見し、そのような環境であればQLLのAFM観察も安定に可能となることが示唆された。当該年度では原子間力顕微鏡で氷表面を観察するための環境温度制御装置、観察セルの作成、装置の改良などを行った。原子間力顕微鏡はナノメートル以下の分解能で表面の三次元凹凸観察を行うため、装置を構成する各パーツの熱膨張が非常に問題となる。本装置は室温において約5nm/min以下の熱ドリフトを実現しているが、これをいかに大きなドリフトにすることなく氷観察に必要なマイナス温度を実現するかが高分解能観察の鍵である。まずは原子間力顕微鏡を温度制御可能なインキュベータ内に設置することで、5±0.5°Cの環境で原子レベルでの観察を行うことに成功した。そのインキュベータ内にペルチェ素子を用いた観察セルを使う事でマイナス温度での測定にも成功している。装置の改良としては、ノイズ低減のために回路・配線等の見直しを行い、テストも兼ねていくつかの観察を行った。まず、溶液中での原子・分子分解能観察が行えていることがわかり、装置は十分に良い状態に保たれていることがわかった。また、水溶液中での結晶表面近傍における水和構造(水分子密度の粗密)の計測を行うことにも成功した。水和構造に関してはこれまで報告のあるマイカ(雲母)固液界面に加えて、観察面の成長や溶解が伴うアルカリハライド固液界面においてもシグナルが得られた。この結果は装置のノイズレベルが十分に低い事を示していると共に、もし氷表面における擬似液体層が何らかの構造を持っていたとしたらその構造を可視化できる可能性を示している。当該年度では原子間力顕微鏡用の氷表面観察セルの作成と氷表面の観察を行った。観察氷を作るためには観察部を過飽和にする必要があるが、観察部以外の場所は未飽和になるように水蒸気量を調整しないと、結露等で装置の故障につながってしまう。そこで、前年度に環境構築したインキュベータで環境温度を+5°Cに保ち、そのインキュベータ内で観察部を-10°Cまで冷やせるセルを作成した。冷却はペルチェ素子と水冷機構により実現した。また、水蒸気量は空気と乾燥窒素ガスとの混合によってコントロールした。その結果、観察部を過飽和条件にして単結晶氷を作成することに成功した。氷の自形である六角板状の結晶が確認できたため、氷ベーサル面を観察できていることもわかった。氷表面のナノ計測の際に氷結晶の成長、蒸発、融解などは避けられないが、これらを極限まで抑制しないと氷結晶表面の上下動により原子間力顕微鏡測定は阻害されてしまう。現状では成長・蒸発速度が精密にコントロールできていないため、安定した3次元トポグラフ計測は難しいためXY方向にスキャンせずZ方向のみを動かすフォースカーブ測定を中心に行っている。今後に向けては、より安定した温度場・濃度場を作り出せるようセルの改良を行っている。また、氷表面で擬似液体層の生成する温度・過飽和条件をおおまかに見積もるために、レーザー共焦点微分干渉顕微鏡で氷の表面を観察した。それで得られた環境条件を元に原子間力顕微鏡用のセルでも同条件を作り出せるよう調整中である。当該年度では原子間力顕微鏡を設置する環境改善を中心に行った。昨年度はインキュベータにより環境温度を+5°Cに保ち観察部を-10°Cまで冷やすことに成功したが、当該年度では環境温度を-10°C以下にできるインキュベータを導入した。その結果、より安定した温度環境の元で氷表面を観察できるようになった。一方改良された光学顕微鏡観察により、氷表面の疑似液体層の出現にはある程度の過飽和水蒸気が必要であることが初めてわかった。この成果は氷研究にとって重要でありPNAS誌に採択された(Asakawa et al., PNAS, 2016)。一方でこの成果は、観察面の上下動抑制のため水蒸気量を平衡近傍にすると疑似液体層が出現しないことを意味する。したがって、原子間力顕微鏡で安定に疑似液体層研究を行うには何らかの工夫が必要であるため予定を変更して対応した。1つの工夫は、周辺ガス種を変えて疑似液体層の出現条件を変える事である。当該年度では塩化水素ガスを混合した場合について調べ、水蒸気量によらず過飽和、平衡、未飽和のいずれの場合でも疑似液体層が出現することがわかった(Nagashima et al., Crystal Growth & Design, 2016)。塩化水素ガスは装置の腐食等の問題があり原子間力顕微鏡用のインキュベータにはまだ導入していないが、対策を取った後に試す予定である。また、本来の目的であった疑似液体層の厚みも求めることができた。

一例を示すと、液滴状疑似液体層の厚みは干渉縞計測により数百nm程度、理論計算より薄膜状疑似液体層の厚みが9±3 nmであることを示した(Murata et al., Physical Review Letters, 2016)。氷表面観察のための原子間力顕微鏡(AFM)の改良を行った。ペルチェ素子と水冷機構を備えた自作の観察セルをインキュベータ内に入れ、環境温度と水蒸気量を調節してAFMで単結晶氷表面をスキャンすることに成功した。しかし、疑似液体層(QLLs)は過飽和水蒸気から凝縮するため平衡環境では現れないことが新たにわかった。過飽和水蒸気中で成長する氷表面上のQLLsをAFM観察するのは困難だったため、干渉計と濡れの理論により2種類のQLLsの厚みを推定した。また、塩化水素ガス存在下でなら平衡環境でQLLsが存在することを発見し、そのような環境であればQLLのAFM観察も安定に可能となることが示唆された。観察セルの作成により単結晶氷を観察できるようになったのは大きな進展である。結晶面によって形成条件が異なる擬似液体層の観察においては面方位のわかった氷を観察することは重要である。よって、本研究はおおむね順調に進展していると判断できる。ただし、氷表面の綺麗な3次元トポグラフを得るに至って氷結晶の成長・蒸発速度が早過ぎるという問題があるため、観察セルの改良等で早期解決を目指す予定である。結晶成長申請した当初と大きな変更はなく、このまま進めていく予定である。一方、レーザー共焦点微分干渉顕微鏡観察により、塩化水素ガス存在下では氷表面での液体層の形成が促進されることを発見した。これは2つの意味を持つ。1つは氷表面での液体層をより幅広い条件で容易に観察できるであろうこと、もう1つはオゾンホール生成など環境科学への応用が考えられる事である。よって、当初は窒素ガス雰囲気での実験のみ考えていたが、適時塩化水素ガスの効果も調べていきたいと考えている。全体的な自己評価として、当初の目標であった氷表面を観察するための見通し(温度環境・観察セル)がほぼ立ったことは、おおむね順調に進展していると判断できる。また、水和構造が得られるほど装置を良い状態にできたことは今後の測定において有用である。ただし、氷表面を原子レベルで観察するところまでは達成できなかったため早い段階で取り組む予定である。物品費が発生しなかった理由としては、計上していた観察用セル作製一式を自作したからである。一式装置としての作製が難しかったため、既に所持していたセルを分解して得た部品を用いて自作した。申請した当初と大きな変更はなく、このまま進めていく予定である。申請書では氷表面上における擬似液体層の形状測定のみをターゲットとしていたが、結晶・水界面における水和構造のシグナルも得られていることから、氷・水の固液界面構造の測定も追加して試してみる予定である。これまで氷・水界面における水分子の構造の測定例はないこと、またその構造が擬似液体層中の水分子の構造と類似する可能性が高い事などから測定意義は非常に大きい。氷結晶の蒸発・凝縮を抑制するためには、水蒸気量をより一層精密にコントロールする必要があることがわかったため、窒素ガスと水蒸気ガスを混合して導入する装置を作製する。物品費として計上していた観察用セル作製一式は当初高額になる予定であったが、既に所持していた別目的の観察セルの部品を流用したり、自作することによって大幅に削減され、次年度使用額が発生した。次年度使用額は物品費として使用する予定である。
バーチャルリアリティシステムのための弾性運動の高速シミュレーションモデルの開発

本研究では、3年に渡りバーチャルリアリティシステムでの利用を前提とした高速シミュレーションが可能な弾性物体モデルの開発を行ってきた。1年目、2年目ではそれらの基本モデルを開発し、その成果を学術論文として発表した。そこでは、ボクセルデータによる自由形状に対する弾性モデルの自動的構築方法と、モデルの弾性運動を実時間でシミュレートする物理法則に基づいた処理アルゴリズムなどの開発を主に行った。また、高速化のために弾性プリミティブの要素数を削減するモデルを考案した。さらに、弾性モデルが切断される場合などに、弾性プリミティブの配置を動的に変更し、高速処理を維持しながらモデルの一貫性を保つためのアルゴリズムも開発した。本年度はそれらに引き続き、プログラムコードの整備やプログラムのWeb上での公開などの整備を主に行った。また、PCのプロセッサの進歩に応じた計算速度の向上を目的とし、各種分散処理や並列処理の効果を調査した。特にPCの拡張命令やマルチCPU、マルチコアプロセッサ処理を調査対象とした。また、本研究で築いたノウハウを、スポーツ分野への応用研究としてボブスレーのシミュレーション等にも応用し、その成果の研究発表も行った。そこでは、ボブスレー機体の物理運動に対して効率的な計算方法を提案するとともに、ボブスレー機体にかかる反力の効果を高める方法を提案し、検証のための心理的実験も行った。本研究は3年間という中期的な期間の研究であったが、当初目標としていたテーマ、内容はおおよそ達成できたと考えられる。手術シミュレーションをはじめとする実用的アプリケーションにおいては、弾性物体モデルは弾性変形のみでなく、切断等の操作に応じて形状が分解可能なものでなければならない。我々の提案する可変解像度モデルでは、弾性要素を物体の表面から中心に向けて徐々に大きくなるように配置することにより弾性運動の高速処理を可能としている。本モデルでは、外力が直接作用するため変形が比較的大きく、かつ可視部分である物体表面には最小サイズの要素を配置している。これが物体の切断によりモデル形状の分解が生じると切断面において新たな表面が生成されるため、それ応じて要素の配置を動的に再構築する必要がある。そこで本研究では可変解像度モデルにおいて、モデル形状の分解に応じた要素の動的再配置機能を実現した。動的再構築を実現するための具体的なアルゴリズムを考案し、C++言語のプログラムにより実装を行った。そのうち今年度の研究では特に3次元モデルのプログラムを実現した。また、実装したプログラムを用いて弾性物体の物理計算における高速化のパフォーマンスについて調査も行った。本研究の成果は国際会議CyberWorlds2004で採択され、その場で研究発表を行った。本モデルは任意のボクセル形状を入力としており、切断操作に対応しているので、汎用の弾性物体モデルとして、医療やスポーツ等の分野における仮想現実感システムの開発に応用されることが十分期待できる。本研究では、提案する弾性物体の汎用モデルの有効性の検証を目的として、人体の柔軟組織部に本モデルを適用した人体モデルを構築し、モデルによる人体動作の生成シミュレーションを実現した。スポーツや医療、リハビリテーションなどの分野において、計算機内に構築された仮想的な人体(以下人体モデル)を用いた動作解析や評価が試みられているが、人体モデルによるシミュレーションでは、患者に負担を強いることなく、実験条件を自由に設定し、繰り返し試行することが可能であるため、本モデルの応用として、大きな有効性が期待できる分野である。人体モデルによるシミュレーションを実現するためには、人体の組織構造をCT装置などにより抽出する人体計測技術、人体の各組織の物理特性を表現できるモデル化技術、シミュレーション結果を明瞭に表示するための可視化技術などが必要であるが、このうち可視化技術に関しては、リアルタイムCGの表示性能が向上したこと、研究に利用可能な画像セットが提供されたことなどにより、人体の組織構造の可視化など、数多くの研究成果が報告されている。また、人体計測技術に関しても、患者に負担のかからない短時間での計測が実現され、計測結果もより高解像度のものが実現されてきている。これらに対して、モデル化技術は目的に応じて必要となる機能を有し、かつコンピュータの処理能力を考慮したモデルを構築する必要があるため、標準となりうる汎用的なモデルを確立するのが難しく、現状ではリアルタイム性を考慮したものとしては質点-ばねモデルや有限要素法などが用いられているが、精度の問題や実装の困難さなどに難点もある。本モデルはこれらのモデルの短所を克服した性能を有しており、本研究によりその有効性が示されたといえる。

そこでは、ボブスレー機体の物理運動に対して効率的な計算方法を提案するとともに、ボブスレー機体にかかる反力の効果を高める方法を提案し、検証のための心理的実験も行った。本研究は3年間という中期的な期間の研究であったが、当初目標としていたテーマ、内容はおおよそ達成できたと考えられる。
加齢黄斑変性の発症に関わるセリンプロテアーゼHtrA1の基質の同定と機能解析

分泌型セリンプロテアーゼHtrA1は遺伝性の血管性認知症であるカラシルや加齢黄斑変性(AMD)、がんなどの多様な疾患に関わる。本研究では、HtrA1ノックアウト(KO)マウス、HtrA3 KOマウスおよびHtrA1/HtrA3ダブルノックアウト(DKO)マウスの大動脈、胎盤、網膜組織を材料にプロテオミクスの手法を用いて得られたclusterinを含む14個の基質候補蛋白質から基質として確からしい蛋白質を選別する。次に、選別した蛋白質についてAMDの病態形成の観点から機能解析を行うための系を確立する。最後に現時点で最も基質として確からしいclusterinについて実際に機能解析を行う。
特異的な学習モデルにおけるベイズ事後分布の最適実現法

ニューラルネットワークや混合正規分布などの階層構造をもつ確率モデルは、特異モデルと呼ばれるクラスに属し、特異モデルにおける学習アルゴリズムとして、ベイズ学習が最尤法やMAP法に比べて予測性能に優れることが理論的に明らかにされている。しかしながら、ベイズ学習を行う上で必要となるベイズ事後分布による期待値計算は解析的に行うことができず、また、マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法による計算機を用いた手法でも、一般に計算量が膨大になり、その近似精度も不明である。特に、特異モデルにおいては事後分布の形状が複雑なため、これらの問題が顕著に現れることが知られている。そこで、本研究では、特異モデルにおけるベイズ事後分布を最適に実現することを目的として、研究を行った。具体的な研究成果として、統計力学の分野で提案されたMCMC法の改良アルゴリズムである交換モンテカルロ法を特異モデルに用いることを提案し、その有効性を予測精度、及び、事後分布の近似精度から実験的に明らかにした。また、交換モンテカルロ法の設計の際に重要となる平均交換率の漸近挙動を理論的に導出し、平均交換率と対称カルバック距離との関係を明らかにし、それらの結果から最適な温度パラメータの設定法を提案した。さらに、混合正規分有において、ギブスサンプラーを用いた交換モンテカルロ法の新たなアルゴリズムを提案し、その有効性をサンプリングの精度と予測精度の二つの観点から実験的に明らかにした。ニューラルネットワークや隠れマルコフモデルなどの階層的な構造をもつ学習モデルは特異モデルと呼ばれ、様々な応用に用いられている。これらの学習モデルに対しては、学習法として、ベイズ学習が予測に優れていることが明らかにされてきた。実際にベイズ学習を行う際には、ベイズ事後分布と呼ばれる確率分布の期待値計算を行う必要があるが、厳密に行うことが困難である。そこで、マルコフ連鎖モンテカルロ法(以下、MCMC法と略記する)を用いた近似計算が広く用いられているが、一般に特異モデルに対するベイズ事後分布が複雑になってしまうことから、計算量が膨大になってしまうという問題があった。そこで、本年度前半の研究では、従来のMCMC法の拡張アルゴリズムとして提案されていた交換モンテカルロ法と呼ばれるアルゴリズムを特異モデルのベイズ学習に適用することを提案し、確率的複雑さと呼ばれる関数を数値計算し、理論値との比較により本手法の有効性を明らかにした。また、特異モデルの一つとして知られる混合正規分布のベイズ学習に交換モンテカルロ法を適用し、その予測精度を実験的に明らかにし、さらにSing.I.C.とよばれる特異モデルのモデル選択法に応用した。本年度の後半には、交換モンテカルロ法の設計に関する理論解析の研究を行った。実際に交換モンテカルロ法を実装する際に、温度パラメータとよばれるパラメータの設定が重要である。しかしながら、その設定に関する数学的な基盤が確立されていなかったため、事前実験によりいくつかの統計量を観測することで調節するということをしなければならなかった。本研究では、温度パラメータの設定と深いかかわりを持つ2つの確率分布間の対称カルバック距離と平均交換率と呼ばれる2つの関数を低温極限状態の場合において解析的に明らかにした。また、その結果から最適な温度パラメータの設定法を提案した。ニューラルネットワークや隠れマルコフモデルなどの階層構造をもつ学習モデルは特異モデルと呼ばれ、様々な応用に用いられている。これらの学習モデルに対する学習法として、ベイズ学習が予測に優れていることが理論的に明らかにされている。一方で、ベイズ学習を行う際には、ベイズ事後分布についての期待値計算が必要になり、マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法と呼ばれる手法を用いる必要があるが、特異モデルにおいては、ベイズ事後分布の形状が複雑になることから、MCMC法の効率が悪化することが知られていた。そこで、前年度の研究では、従来のMCMC法の拡張アルゴリズムとして提案されている交換モンテカルロ法を特異モデルのベイズ学習に適用することを提案し、その有効性を単純な特異モデルでのベイズ学習により実験的に明らかにした。また、交換モンテカルロ法の設計の際に基準として用いられている平均交換率と呼ばれる関数を理論的に明らかにした。本年度の研究では、縮小ランク回帰モデルと呼ばれる特異モデルでのベイズ学習において、平均交換率の理論結果を実験的に検証し、得られた理論結果が交換モンテカルロ法の収束判定法の一つとして用いることができることを明らかにした。また、混合正規分布と呼ばれる学習モデルでのベイズ学習における交換モンテカルロ法の設計についての研究を行った。交換モンテカルロ法のアルゴリズムでは、従来のMCMC法を用いる必要があるが、これまでの研究では、メトロポリス法と呼ばれるアルゴリズムを用いた場合で実験を行ってきた。本年度では、ギブスサンプラーを用いた場合について実験を行い、平均交換率の挙動や予測精度、事後分布からのサンプル系列の挙動などに基づいた交換モンテカルロ法の設計法を提案した。

そこで、本研究では、特異モデルにおけるベイズ事後分布を最適に実現することを目的として、研究を行った。具体的な研究成果として、統計力学の分野で提案されたMCMC法の改良アルゴリズムである交換モンテカルロ法を特異モデルに用いることを提案し、その有効性を予測精度、及び、事後分布の近似精度から実験的に明らかにした。また、交換モンテカルロ法の設計の際に重要となる平均交換率の漸近挙動を理論的に導出し、平均交換率と対称カルバック距離との関係を明らかにし、それらの結果から最適な温度パラメータの設定法を提案した。さらに、混合正規分有において、ギブスサンプラーを用いた交換モンテカルロ法の新たなアルゴリズムを提案し、その有効性をサンプリングの精度と予測精度の二つの観点から実験的に明らかにした。
副腎皮質ホルモン由来の生活習慣病の早期診断法の開発と疾患原理の追及

副腎皮質ホルモンのステロイドの発現は、生活習慣病や心血管疾患の発症に関係している。ホルモンを過剰産生する副腎腺腫は摘出術で治療され、ホルモンを過剰産生しない非機能性副腎腺腫(NFA)は経過観察となる。しかし、例外的にNFA患者の副腎腺腫を摘出すると、症状が改善される例もある。この原因は副腎のステロイドに関係すると考えられるが詳細は不明である。このことを解決するために、誘導体化なしで多くのステロイドを迅速かつ高感度に検出して、その局在を解析するための金属薄膜表面支援レーザー脱離イオン化質量分析法を開発する。さらに、本手法を用いてNFAの代謝異常の研究を行う。
XIAPアンタゴニストin silico設計による新規制がん剤リード化合物の創製

XIAPは、制がん剤や放射線抵抗性と密着に関係することから、新規制がん剤の有力な創薬ターゲットとして注目されている。本研究では、XIAPとその内在性阻害剤因子Smacの結合部位をHot Spotとして、私共が開発したCOSMOS法を用いて、XIAPアンタゴニストを分子設計し、新規制がん剤開発のためのリード化合物を創製することを目的とした。その結果、XIAPに良好な結合様式を示すアンタゴニストを見出すことができた。本研究では,新規制がん剤開発を目指し,内在性アポトーシス抑制因子XIAPを創薬ターゲットとした阻害剤の創製を目的としている.私共は,独自に開発したin silico分子設計手法(COSMOS法)を用いて,XIAP/Smac結合部位を創薬ターゲットドメイン(Hot Spot)として,XIAP阻害剤(アンタゴニスト)となる候補ペプチドを設計し,その実測結果から最適ペプチドとしてAVPFを同定した.平成22年度は,XIAPアンタゴニストペプチドAVPF/XIAP相互作用について,in silicoで結合エネルギーのDecomposition analysisを行い,この相互作用に重要なXIAP側のアミノ酸残基(Hot amino acids)を同定した.このHot amino acidsを支点として,XIAPアンタゴニスト低分子化合物設計のためのpharmacophoreを構築し,我々が開発した結合エネルギー分布度類似評価法(Mimetics Rate(MR)法)を用いて化合物ライブラリ(約300万化合物)からスクリーニングを行った.選出された化合物群について,蛍光偏光測定を用いてXIAP-BIR3への結合能の評価を行った結果,XIAP-BIR3結合能を有する化合物ITM-017を見出すことができた.またこの化合物は,白血病細胞株HL-60細胞に対してアポトーシス誘導効果を有することが判明した.ITM-017のXIAP Hot Spot内のS1S4ポケットにおける結合様式を考察すると,S1,S2ポケットにおける水素結合,及びS3,S4ポケットにおける疎水性相互作用を満たしており,基本骨格としては優れているといえる.しかし,S1ポケットにおいてITM-017末端の硫酸基が突出しており,これがXIAPとの結合にマイナスの影響を及ぼすことが予測され,さらなる構造最適化が必要と考えられる.本研究では,新規制がん剤開発を目指し,内在性アポトーシス抑制因子XIAPを創薬ターゲットとした阻害剤の創製を目的としている.私共は,独自に開発したin silico分子設計手法(COSMOS法)を用いて,XIAP/Smac結合部位を創薬ターゲットドメイン(Hot Spot)として,XIAP阻害剤(アンタゴニスト)となる候補ペプチドを設計し,その実測結果から最適ペプチドとしてAVPFを同定した.AVPF/XIAP相互作用について結合エネルギーのDecomposition analysisを行い,この相互作用に重要なXIAP側のアミノ酸残基(Hot amino acids)を同定した.このHot amino acidsを支点として,XIAPアンタゴニスト低分子化合物設計のためのpharmacophoreを構築し,我々が開発した結合エネルギー分布度類似評価法(Mimetics Rate(MR)法)を用いて化合物ライブラリ(約300万化合物)からスクリーニングを行った.選出された化合物群について,蛍光偏光測定を用いてXIAP-BIR3への結合能の評価を行った結果,XIAP-BIR3結合能を有する化合物ITM-017を見出すことができた.平成23年度は,このITM-017の結合様式を基に,私共が開発したin silico自動化最適化法を用いてXIAPアンタゴニスト最適候補化合物の分子設計を実施し,さらにXIAP阻害能の高い最適リード化合物の分子設計を行った.それらの結合親和性について,MD Docking Studyを用いて詳細な検討を行った.設計した化合物TEST1-2,TEST1-6の結合様式をin silicoで解析したところ,いずれも良好な結合様式をとり,結合親和性もITM-O17に比べ2オーダー強いことが予測された.しかしながら,これら2つの化合物について,培養がん細胞株での効果を検証したところ,期待されるほど強いものではなかった(EC_<50>=2040μM).おそらく,細胞膜透過性や細胞内での存在形態が悪いことによると推察される.本研究では,新規制がん剤開発を目指し,内在性アポトーシス抑制因子XIAPを創薬ターゲットとした阻害剤の創製を目的としている.私共は,独自に開発したin silico分子設計手法(COSMOS法)を用いて,XIAP/Smac結合部位を創薬ターゲットドメイン(Hot Spot)として,XIAP阻害剤(アンタゴニスト)となる候補ペプチドを設計し,その実測結果から最適ペプチドとしてAVPFを同定した.AVPF/XIAP相互作用について結合エネルギーのDecomposition analysisを行い,この相互作用に重要なXIAP側のアミノ酸残基(Hot amino acids)を同定した.

このHot amino acidsを支点として,XIAPアンタゴニスト低分子化合物設計のためのpharmacophoreを構築し,我々が開発した結合エネルギー分布度類似評価法(Mimetics Rate (MR)法)を用いて化合物ライブラリ(約300万化合物)からスクリーニングを行った.選出された化合物群について,蛍光偏光測定を用いてXIAP-BIR3への結合能の評価を行った結果,XIAP-BIR3結合能を有する化合物ITM-017を見出すことができた.その結合様式を基にXIAP阻害剤最適化合物設計を実施したが,それらの培養がん細胞株での効果は期待されるほど強いものではなかった.平成24年度はこれを改善するために,これまでとは異なる母核構造を設計してSBDDを実施し,良好なXIAP結合様式及び細胞膜透過性が予測される新規リード化合物の設計を試みた.その結果,100μM程度のIC50を示す化合物は数種得られたが,安定した測定データを得ることができなかった.おそらく,溶解性や溶液中での存在形態が不安定であることによると推察される.設計したXIAP阻害剤候補化合物は,in silico解析において良好な結合様式をとり,高い結合親和性をもつことが予測されている.しかし,それらの化合物は全般的に脂溶性が高く,in vitroレベルや細胞レベルでの評価系において,溶解度の悪さが問題となっているため,当初の計画よりも研究の進展がやや遅れている.24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでに設計したXIAP阻害剤候補化合物は,その脂溶性の高さに起因する溶解度の悪さ,細胞膜透過性や細胞内での存在形態の悪さが問題となっていた.これを改善するために,これまでの化合物とは異なる母核構造を設計し,SBDDを実施することによって,良好なXIAP結合様式及び細胞膜透過性が予測される新規リード化合物を設計する.さらに,培養がん細胞株でのアポトーシス誘導能,及び,担がん動物を用いた抗腫瘍効果の検証を行い,臨床応用への早期展開を目指す.24年度が最終年度であるため、記入しない。