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エイズウイルス適応進化過程の実証とその原理の解明

これまでの分子系統学的解析から、エイズの原因ウイルスHIV-1は、約100年前に、チンパンジーでは弱毒性を示すSIVcpzがヒトに侵入・適応進化することにより誕生したと示唆されている。しかし、SIVcpzがHIV-1としてヒトへの適応進化を遂げた分子メカニズムは不明である。そこで本研究では、SIVcpzのヒトへの適応進化過程を再現し、その進化過程を解明することを目的とした。本研究の結果から、元来ヒトへの適応性のきわめて高いSIVcpzがヒトに伝播し、パンデミックHIV-1へと変貌したことが示唆された(Sato et al, J. Virol.92,2018)。分子系統学的解析から、パンデミックを引き起こしたHIV-1は、チンパンジーのウイルスSIVcpzが約100年前にヒトに種間伝播・適応進化することにより誕生したと推定されている(Gao et al, Nature, 1999; Worobey etal, Nature, 2008)。しかしながら、SIVcpzがどのようにしてヒトへの適応進化を遂げ、パンデミックHIV-1へと変貌したのかは明らかではない。本研究では、SIVcpzのヒトへの適応進化メカニズムを再現・解明することを目的として、ヒト化マウスモデル(ヒト造血幹細胞移植マウス)を用いた実験を行った。パンデミックHIV-1にもっとも近縁なSIVcpz MB897株、そうではないSIVcpz 2株(EK505株、MT145株)、パンデミックHIV-1 2株(JRCSF株、AD8株)をそれぞれヒト化マウスに接種し、血漿中ウイルスRNA量をreal-time RT-PCR法で、血中CD4T細胞数をflow/hematocytometry法でそれぞれ経時的に測定した。感染後15週齢のマウスを解剖し、脾臓におけるウイルス感染細胞をflow cytometry法で解析した。また、293T細胞、TZM-bl細胞を用い、各ウイルスがコードするウイルスタンパク質の機能解析を行った。培養細胞を用いたin vitro実験の結果、各SIVcpzの感染性および各ウイルスタンパク質の機能に差異は確認されなかった。一方、ヒト化マウスモデルを用いたin vivo実験の結果、興味深いことに、パンデミックHIV-1に関連のないSIVcpzに比べ、生体内におけるSIVcpz MB897株の増殖性、病原性はパンデミックHIV-1のそれらにきわめて酷似していた。これまでの研究結果から、SIVcpzは原則的に"off-the-shelf emergence"としてヒトへの適応進化を遂げたこと、すなわち、元来ヒトへの適応性のきわめて高いSIVcpzがヒトに伝播し、パンデミックHIV-1へと変貌したことが示唆された。この結果を以て、本研究の当初の目的である、パンデミックHIV-1の出現原理の一端が解明されたと言える。さらに、他のレンチウイルス、他の宿主におけるウイルスの進化的軍拡競争の分子メカニズムについての研究も展開し、それらについても新たな知見を得、学術論文での発表および学会での発表を多数行った。種々の病原体の中には、ヒト特異的に感染し、病原性を発現する病原体が存在する。ヒト特異的病原体の代表例として、エイズの原因ウイルスであるヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)が挙げられる。抗HIV-1薬多剤併用療法の確立により、HIV-1感染症の治療成績は格段に改善した。しかしながら、根治療法はいまだに確立されておらず、より効果的な新規治療法が求められている。これまで根治療法が確立できなかった一因として、HIV-1の病原性がヒトに限られており、HIV-1感染病態を生体内で忠実に再現できる動物モデルが存在しなかったことが挙げられる。本研究では、特にアフリカで局所流行に留まっているHIV-1 group N、および、チンパンジーのウイルスsimian immunodeficiency virus (SIVcpz)を「現在進行形でヒトへの適応進化を遂げようとしている新興感染症ウイルス」と捉え、申請者の作製したヒト化マウスモデルを用いた感染実験を実施した。この主軸となる研究はおおむね順調に現在進行中である。学術的・医学的に有意義な結果が得られており、国内外の諸学会(Cold Spring Harbor meeting, New York, 2016)および招待講演(第15回淡路島感染症フォーラム,淡路島, 2016)で発表を行った。さらに、本研究から派生した研究成果を、8報の国際学術論文(すべて査読有,うち5報の責任著者)にまとめ、発表した。特にアフリカで局所流行に留まっているHIV-1 group N、および、チンパンジーのウイルスSIVcpzを「現在進行形でヒトへの適応進化を遂げようとしている新興感染症ウイルス」と捉え、申請者の作製したヒト化マウスモデルを用いた感染実験を実施した。ヒト化マウスモデルを用いたSIVcpz, HIV-1 group Nの感染病態の解析はほぼ完了した。その結果、2株のSIVcpzとHIV-1 group Nの増殖効率は、パンデミックを引き起こしたHIV-1 group Mに比べて有意に低いことを確認した。興味深いことに、HIV-1 group Mにもっとも系統学的に近縁なあるSIVcpz株は、感染急性期においてHIV-1 group Mと同等の増殖効率を示すことを見出している。興味深いことに、このSIVcpz感染マウスで共通の変異が見出されており、ヒト環境におけるウイルス複製効率を向上させている可能性を示唆するデータを得ている。

本研究では、SIVcpzのヒトへの適応進化過程を再現し、その進化過程を解明することを目的とした。具体的には、目的1:SIVcpzをヒト化マウスに接種し、SIVcpzの適応進化の過程を再現する。目的2:顕著な適応進化が確認された時点におけるウイルスの全塩基配列を決定し、適応進化過程で獲得した変異を決定する。目的3:培養細胞を用いた感染実験を行い、獲得した変異の機能・作用機序を解明する。の3つを目的とした。培養細胞およびヒト化マウスモデルに、SIVcpzやHIV-1を接種し、ウイルス増殖と病原性をreal-time RT-PCR法とflow cytometry法でそれぞれ評価した。その結果、培養細胞を用いたin vitro実験の結果、各SIVcpzの感染性および各ウイルスタンパク質の機能に差異は確認されなかった。一方、ヒト化マウスモデルを用いたin vivo実験の結果、パンデミックHIV-1に関連のないSIVcpzに比べ、生体内におけるSIVcpz MB897株の増殖性、病原性はパンデミックHIV-1のそれらにきわめて酷似していた。興味深いことに、SIVcpz MB897感染ヒト化マウスにおいて、感染・侵入に重要なウイルスタンパク質gp120に、G413Rの非同義変異がすべてのマウス共通に挿入されていることを見出した。さらに、培養細胞およびヒト化マウスを用いた実験により、このgp120 G413R変異が、in vitro/in vivoにおけるウイルス複製を亢進する“tailor-made adaptation"であることを実証した。これまでの分子系統学的解析から、エイズの原因ウイルスHIV-1は、約100年前に、チンパンジーでは弱毒性を示すSIVcpzがヒトに侵入・適応進化することにより誕生したと示唆されている。しかし、SIVcpzがHIV-1としてヒトへの適応進化を遂げた分子メカニズムは不明である。そこで本研究では、SIVcpzのヒトへの適応進化過程を再現し、その進化過程を解明することを目的とした。本研究の結果から、元来ヒトへの適応性のきわめて高いSIVcpzがヒトに伝播し、パンデミックHIV-1へと変貌したことが示唆された(Sato et al, J. Virol.92,2018)。ヒト化マウスで増殖しているSIVcpzの配列の詳細を解析することで、ヒトへの適応進化の際に、SIVcpzがさらに有益な変異を獲得した可能性、すなわち"tailor-made emergence"を引き起こした可能性について検討を行う。また、ヒト以外の動物におけるウイルスと宿主の軍拡競争の分子メカニズム解析についても、実験ウイルス学と分子系統学、データベース解析を併行して進める。現在、このSIVcpz感染マウスで見出された変異が、どのようにしてウイルス感染を促進するのか、そのメカニズムについて、培養細胞を用いた実験で検証を進めている。結果が得られ次第、これまでの結果を学術論文にまとめて投稿、発表する。ウイルス学
カキ殻より調製したカルシウム剤の抗菌メカニズムの解明と給食食材への応用

本研究では、これまで野菜類をカルシウム剤に浸漬するだけで抗菌・静菌に有効であること、さらにカット生食野菜の褐変化防止効果がみられることを明らかにしている。最終年度である今年度は、これらの結果を踏まえて生食野菜を給食に提供することを考慮した官能検査を実施した。得られた主観的評価から総合的な解析を試みている。さらにカルシウム剤に浸漬した生食野菜類が給食食材として適する条件を検討し、報告書としてまとめるものである。1.官能検査の方法パネルは1822歳の女子学生、10数名である。試料は生食野菜(レタス、キュウリ、キャベツ等)および果物(輪切りミカン、イチゴ等)を用いる。生食野菜はカットしカルシウム剤に浸漬し、食する時に調味ドレッシングをかけ、果物はカルシウム剤に浸漬しただけのものを用いた。対照試料として、水洗のみを用いた。鮮度保持できる条件下において、官能検査を実施し、官能検査項目は(i)外観や色について3段階の評点法での評価。(ii)嗜好評価を5段階の評点法で評価し、その理由は自由記述させた。2.官能検査の結果のまとめ外観について、20°C1日後でカットキュウリの実験区は、対照区に比べてしゃきり感を保持し変色が少ないと有意に評価された。カットキャベツ、カットレタスは20°C6日後で褐変化が少ないと有意に評価された。また嗜好評価については、そのドレッシングを用いても有意差は認められなかった。以上、総合的にはカルシウム剤に浸漬することによって、抗菌効果に加えて品質保持も上昇し、給食食材に利用できうることが判明した。また実用化にむけてカット野菜の切断法と使用するカルシウム剤の最適濃度域についても詳しく検討を加えた。天然の牡蠣殻を粉末に調製したカルシウム剤には,広範囲の菌やカビ,酵母にきわめて低濃度で増殖抑制効果が認められることから,本研究においてはそのメカニズムを明らかにし,カルシウム剤を抗菌剤・静菌剤として有効利用することを主眼にしている.短期間の浸漬で静菌・抗菌効果が得られるため,カルシウム剤は給食食材の野菜類の洗浄・殺菌に最適であると考えられる.そうした有効性を検証し、実用化を図ることを目的とする.本年度は,一般生菌、大腸菌、乳酸菌など広範な菌やカビ、酵母の最小生育を阻止するカルシウム剤の濃度を標準寒天培地による希釈培養法ならびにメンブレンフィルター法を用いて決定した.その結果,0.05%0.10%(w/w)の濃度で供試を行ったすべての菌株,酵母株,黴株の生育を阻止した.さらに阻止要因を探るため,増殖させた大腸菌に0.05%0.10%になるようにカルシウム剤を添加し,菌体を遠沈させた.その上清は260nmの波長に吸収を持つことから,大腸菌膜の破壊により核酸が細胞外へ流出したものと考えられ,さらに電気泳動でゲノムDNAを確認した.次に0%0.20%のカルシウム剤存在下で大腸菌膜の形状変化を走査型電子顕微鏡で観察した.膜表面が大きく形状変化を起こす濃度とDNAの流出濃度並びに大腸菌の生育阻止濃度には明らかな相関がみられた.また,生食カット野菜(キャベツ,ニンジン,キュウリ)に応用したところ,0.1%のカルシウム剤に短時間浸漬することで明らかな菌数の低下が認められた.現在,カルシウム剤に種々のカット野菜を浸漬後保存し,抗菌効果を保ちつつ褐変化防止できうるカルシウム剤の濃度を決定している.天然の牡蠣殻を粉末に調製したカルシウム剤には,広範囲の菌やカビ、酵母にきわめて低濃度で増殖抑制効果があることが知られている.本研究では、電子顕微鏡による徴微形態的観察と平行して、電気泳動による成分分析を行うことにより、その静菌・抗菌メカニズムを明らかにしてきた。

さらに生食カット野菜へ供試して,抗菌効果の得られるカルシウム剤の浸漬濃度並びに浸漬時間について検討した。今年度はカット野菜の微生物学的に良好な品質を維持する(カット野菜の品質保持指針による)ことは可能な状態でも、外見の劣化を引き起こす要因について考察した。走査電子顕微鏡による解析の結果、野菜の切断面での破砕細胞からの離水及び養分による菌の増殖、酸化による変色、水分の蒸発によるしおれ等の影響が大きいと考えられた。カット野菜は野菜本来の生命活動は弱まっていることから、従来の野菜の鮮度保持で考えられていたように生命活動をできるだけ抑えるというのではなく、細胞レベルでの鮮度保持が必要であると結論した。一般的な製造方法(一次、二次洗浄に次亜鉛素酸ナトリウムを用いた殺菌方法)で得られた種々のカット野菜とカルシウム剤処理のものとを比較検討した。カルシウム剤処理のキュウリ、カイワレ大根が特に外観評価も高く、変色が抑えられていた。また生化学的分析によりクロロフィル量の保持量が高いことが確かめられた。カルシウム剤は短期間の浸漬で静菌・抗菌効果を持つのに加えて、鮮度保持剤としても著しい効果が認められ、給食食材の野菜類の洗浄・殺菌に最適であると考えられる.本研究では、これまで野菜類をカルシウム剤に浸漬するだけで抗菌・静菌に有効であること、さらにカット生食野菜の褐変化防止効果がみられることを明らかにしている。最終年度である今年度は、これらの結果を踏まえて生食野菜を給食に提供することを考慮した官能検査を実施した。得られた主観的評価から総合的な解析を試みている。さらにカルシウム剤に浸漬した生食野菜類が給食食材として適する条件を検討し、報告書としてまとめるものである。1.官能検査の方法パネルは1822歳の女子学生、10数名である。試料は生食野菜(レタス、キュウリ、キャベツ等)および果物(輪切りミカン、イチゴ等)を用いる。生食野菜はカットしカルシウム剤に浸漬し、食する時に調味ドレッシングをかけ、果物はカルシウム剤に浸漬しただけのものを用いた。対照試料として、水洗のみを用いた。鮮度保持できる条件下において、官能検査を実施し、官能検査項目は(i)外観や色について3段階の評点法での評価。(ii)嗜好評価を5段階の評点法で評価し、その理由は自由記述させた。2.官能検査の結果とまとめ外観について、20°C1日後でカットキュウリの実験区は、対照区に比べてしゃきり感を保持し変色が少ないと有意に評価された。カットキャベツ、カットレタスは20°C6日後で褐変化が少ないと有意に評価された。また嗜好評価については、どのドレッシングを用いても有意差は認められなかった。以上、総合的にはカルシウム剤に浸漬することによって、抗菌効果に加えて品質保持も上昇し、給食食材に利用できうることが判明した。また実用化にむけてカット野菜の切断法と使用するカルシウム剤の最適濃度域についても詳しく検討を加えた。
マルチメディア情報通信ネットワークのモデル化と性能評価

平成5年度および6年度の研究成果を受けて、マルチメディア情報通信ネットワークのモデル化と性能評価に関して、解析とシミュレーションの有機的な活用をめざして研究を行った。まず解析に関しては、複数メディアからのトラヒックを共通に収容し、それぞれが要求する通信品質に応じた優先権を付与することにより円滑な送信を実現する通信ネットワークを、モデル化し、待ち行列理論に基づき送信遅延などの性能諸量を導出した。次にトラヒックに関する実測データからそれを数学モデルとして記述する方法を考察し、Hidden Markov Processに基づく方法を提案し、それを動画像トラヒックに適用し、有効性を確認した。従来の方法では、平均、分散などに基づきパラメータの決定を行っており、トラヒックにおける相関が考慮されていなかったが、本方法により、特に動画像において典型的に観測される長時間にわたる相関が数学モデルに反映される。一方シミュレーションに関しては、従来の通信ネットワークと比較し、マルチメディア情報ネットワークに顕著に現れるトラヒックにおける相関に関して考察を加えた。これまでのシミュレーションにおいては、入力トラヒックにおけるこの相関は殆ど考慮されず、ポアソン過程などでモデル化されてきたが、マルチメディア環境下での各トラヒックの通信品質を定量的に推測するにはより現実を正確にコンピュータ上に再現する乱数の発生法が必要となる。このためにTES(Transform Expand Sample)に基づき、相関のある入力トラヒックを自動生成する方法を考案し、特にMPEGにより符号化された動画像情報に適用した場合の有効性を検証した。音声・画像・データ等のマルチメディア・トラヒックは従来の通信網が対象としていたトラヒックに比較し、バースト性・相関性が非常に強く、これが通信網における輻輳あるいは情報の欠落を招き、通信品質の容認できない劣化を引き起こす。本研究における主要な研究目標のひとつは、従来のトラヒック理論では取り扱えなかったこのバースト性・相関性を数学的に取扱い、通信品質を考察する上で重要な要素である通信網の送信遅延・セル廃棄率・スループット等の性能評価量を求めることである。本年度は、この一環としてメッセージあるいはセルの到着がSPP(Switched Poiss on Process)に従うトラヒックモデルを応用確率論の一分野である待ち行列理論を用いた解析を行った。これにより、ATMを始めとする高速通信網においてマルチメディア・トラヒックを収容した場合の上記の性能評価量が理論的にしかも従来行われていたシミュレーションに比較し、非常に少ない計算時間で求めることが可能となった。さらに情報の欠落あるいは誤りが生じたときは再送が行われるが、この再送方式の代表的なGo-back-NおよびSelective repeatに関して情報を完全に送信し終える迄の時間および待ちメッセージ数のトラヒック解析を行った。リング状の高速通信回線を共有して多数の局が送信を行うFDDIにおいてマルチメディアトラヒックを収容するために時間付きトークンを用いて一部のトラヒックの実時間性を保証する方式であるFDDI IIのトラヒックモデルを作成し、その性能解析を行った。一方従来のトラヒック理論が、一部の高度な専門的知識を持つ研究者によってのみ用いられてきたことを反省し、理論的成果を多くの非専門家にも広く実用に供するためにワークステーション上で動作する性能評価ツールの作成にも着手し、その有望性を確認した。音声・画像・データ等のマルチメディア・トラヒックは従来の情報通信網におけるトラヒックに比較し、バースト性・相関性が非常に強く、これが通信網における輻輳あるいは情報の欠落を招き、通信品質の容認できない劣化を引き起こす。このような点を鑑み、前年度の研究を受け、マルチメディアトラヒックのバースト性によりこれらを多重化した際のセル廃棄による通信品質の著しい劣化を防ぐための種々のトラヒック制御法のモデル化およびその性能解析を行った。

具体的には交替バッチ・ベルヌ-イ過程に従うセル到着過程を持ち、サービス時間も到着過程に応じて変化する一般過程に従う待ち行列モデルを解析し、セル長分布および待ち時間分布を導出した。さらにマルチメディア通信環境下において、セル間にトラヒックに対応した優先権がある場合の性能評価モデルを提唱し、その待ち行列解析を行い、セル長確率分布および待ち時間分布を導出した。また高速通信網におけるセル廃棄率を評価するために有限バッファを持ち、2種の異なるサービス規範に従う待ち行列モデルを解析した。先着順に処理する場合に関しては従来からの結果が適用でき、本研究で対象とするのは、マルチメディアからのセルがランダムな順序で処理される場合と後着順に処理される場合である。それぞれ即時性を要求するセルの割り込みによる処理に中断がある場合をも含めて考察し、セル廃棄率および送信遅延分布を導出した。平成5年度および6年度の研究成果を受けて、マルチメディア情報通信ネットワークのモデル化と性能評価に関して、解析とシミュレーションの有機的な活用をめざして研究を行った。まず解析に関しては、複数メディアからのトラヒックを共通に収容し、それぞれが要求する通信品質に応じた優先権を付与することにより円滑な送信を実現する通信ネットワークを、モデル化し、待ち行列理論に基づき送信遅延などの性能諸量を導出した。次にトラヒックに関する実測データからそれぞれを数学モデルとして記述する方法を考察し、Hidden Markov Processに基づく方法を提案し、それを動画像トラヒックに適用し、有効性を確認した。従来の方法では、平均、分散などに基づきパラメータの決定を行っており、トラヒックにおける相関が考慮されていなかったが、本方法により、特に動画像において典型的に観測される長時間にわたる相関が数学モデルに反映される。一方シミュレーションに関しては、従来の通信ネットワークと比較し、マルチメディア情報ネットワークに顕著に現れるトラヒックにおける相関に関して考察を加えた。これまでのシミュレーションにおいては、入力トラヒックにおけるこの相関は殆ど考慮されず、ポアソン過程などでモデル化されてきたが、マルチメディア環境下での各トラヒックの通信品質を定量的に推測するにはより現実を正確にコンピュータ上に再現する乱数の発生法が必要となる。このためにTES(Transform Expand Sample)に基づき、相関のある入力トラヒックを自動生成する方法を考案し、特にMPEGにより符号化された動画像情報に適用した場合の有効性を検証した。
7T-MRIのための超薄型シムコイル開発

7テスラMRI装置において、生体組織と空気との境界面で生じる不均一磁場は、B1不均一問題と並び、最大の問題である。本研究の目的は、我々が有する超薄型アクティブシムコイル開発技術を用いて、限られたボア内に、安価かつ有効性の高いインサート型シムコイルを開発・設置し、またその制御プログラムも合わせて開発、その有用性を評価することである。シムコイルを用いて磁場均一性の向上を図るには、シムコイルを出来うるだけ被験者の近くに設置した方が効率が良い(電流値を低く抑えられる上に、より高次の磁場補正が可能となる)ことが知られている。そのため、当初の計画では、シムコイルの設置位置としてNova社製RF送信コイル内側としていたが、昨年度、送信コイルとシムコイルとの干渉が送受信コイルに悪影響を与えるリスクは避けられない、と言う結論に至り、内側への設置は見送ることになった。しかし本年度、別プロジェクトとしてニューヨーク大学のDr.Cloos等との共同研究が開始され、7T-MRI装置用RFコイルとして、自ら送受信用バードケージコイルを開発する機会を得た。このコイルは、Nova社製RF送信コイルと異なり構造が全て既知の上に、問題が生じても自ら安価に修理もしくは再制作可能であるため、再度計画を変更し、このRFコイルを用い、RFコイルとの干渉を最小限に抑える新しいタイプのシムコイルの開発を目指すこととした。RF送信コイルとの干渉を抑制するために、現在までは並列共振回路をシムコイルに組み込んでいたが、まだ完全に抑え切れていなかった。そのため、ニューヨーク大学との共同研究で開発中の高インピーダンス受信コイルの技術をシムコイルに応用し、更にRF送信コイルとの干渉を最小化する発想を得た。昨年度までの時点で、開発するシムコイルを従来型の球面調和関数をベースにしたものから非球面調和関数型マルチコイルシステムに変更したため、制御プログラムの開発が困難となり、遅れが生じていたが、本年度は更に、RF送信コイルとシムコイルとの干渉抑制を目指すための7T-MRI装置用RFコイル開発を行っていたため、更に遅れが生じた。そのため、研究期間も1年間延長した。次年度は、開発した7T-MRI装置用RF送信コイルを用いて、シムコイルとの干渉を抑制する手法の開発を試みる。またその手法を元に、非球面調和関数型マルチコイルシムシステムを開発する。RF送信コイルとシムコイルとの干渉を抑制するため、昨年度まで使用していた並列共振回路に加え、ニューヨーク大学との共同研究により開発中の高インピーダンス受信コイル技術を用いた新しいタイプのシムコイルの開発を試みる。高インピーダンス受信コイルは、ループコイルに同軸ケーブルを用いる上に、“リバースド"プリアンプデカップリングと言う新しい技術を用いることにより、マルチコイルシステムにおける各コイルの独立性を高めることが出来る技術である。この高い独立性は、このコイルが送信コイルを含む他のコイルとの干渉が低いことを意味するため、本研究では、高インピーダンス受信コイルのこの特徴に注目し、この技術をシムコイルに応用することにより、送信コイルとの干渉が抑制出来るシムコイルの開発を試みる。また開発したシムコイルを複数、円筒上に並べ非球面調和関数型マルチコイルシムシステムを開発、我々が自作した7T-MRI装置用RF送受信バードケージコイル内に設置した上で、評価する。本年度は、システム設計フェーズとして、ハードウェアの基本設計を行った。まず、シムコイルの設置場所としては、最も被験者に近く、既存のシステムと干渉せず、かつ容易に設置できるよう、Nova社製RF送信・受信コイルの送信コイル内側の上半周分、及び、送信コイル外側の上部3/4周分と決定した。送信コイルは、内/外径がそれぞれ292/375mm、長さ280mmの円筒をしているが、より詳細に送受信コイルの3次元形状を把握するため、3Dスキャナー(Creaform社製HandyScan 700)を用いて計測した。また3T-MRI装置により得られたFieldmap画像から、脳実質内の磁場不均一は最大12ppm(714μT)ではあること、しかしながら、高い高次項を含み、一般的なシムコイルデザインである球面調和関数をベースとするものでは、限られたチャンネル数では補正効果も限界が有り、困難であることが分かった。以上の結果から、単純なループコイルを複数アレイ状に並べた非球面調和関数型マルチコイルシステム(Wachowicz K, Research and Reports in Nuclear Medicine, 2014)を採用することに決定した。ただその設計には、使用予定であった傾斜磁場コイル/シムコイル設計ソフトが対応できないため、専用の設計システムの開発を開始した。計画では、本年度にシムコイルの設計を終了し、次年度にプロトタイプ機の開発を開始する予定であった。しかし、シムコイル設計を検討した結果、従来型の球面調和関数をベースにしたものでは大きな高次項を含む磁場不均一を補正できないことが明確となり、非球面調和関数型マルチコイルシステムに変更した。そのため、設計ソフトウエアの開発を新たに行う必要が生じ、そのために若干、計画よりも遅れている。

7テスラMRI装置において、生体組織と空気との境界面で生じる不均一磁場は、B1不均一問題と並び、最大の問題である。本研究の目的は、我々が有する超薄型アクティブシムコイル開発技術を用いて、限られたボア内に、安価かつ有効性の高いインサート型シムコイルを開発・設置し、またその制御プログラムも合わせて開発、その有用性を評価することである。本年度は、初年度に引き続き、まずはシステム設計を行い、またプロトタイプ機の開発を行った。ただしコイル設置位置に関しては、初年度にNova社製RF送信・受信コイルの送信コイル内側の上半周分、及び、送信コイル外側の上部3/4周分と決定したが、Nova社の技術者やRFコイル開発研究者と討論した結果、送信コイルの内側にループコイルを設置すると、たとえ並列共振回路を組み込んで送信波との干渉を最小化したとしても、送受信コイルに悪影響を与えるリスクは避けられない、と言う結論に至り、内側への設置は見送ることになった。また、非常に高価な7T用RF送受信コイルへの影響を見積もるためにも、まずは所有する3T-MRI装置用にシムコイルを開発することとした。シムコイルのプロトタイプ機は、3T用32ch-RF受信コイルを覆うように、7T用と同じく外径375mmの円筒を設置し、その外側にループコイルを配置するようにした。配置する位置に関して自由度を持たせるため、ループコイルはそれぞれ独立に20個作成し、位置を自由に変更しながら最適配置をテストできるようにした。また、各々のループコイルは柔らかいシリコン樹脂もしくは3Dプリンタ樹脂で固め、形状の保持や絶縁を確保した。作成したシムコイルを用いてファントム実験した結果、並列共振回路を使用したことにより、送信波との干渉はある程度、抑制出来ていることも確認できた。計画では、本年度にプロトタイプ機開発と共に制御プログラムの初期検討を行う予定であった。しかし、昨年度、従来型の球面調和関数をベースにしたものでは大きな高次項を含む磁場不均一を補正できないことが明確となり、非球面調和関数型マルチコイルシステムに変更したため、設計プログラムの開発を一から始めることとなり、制御プログラムの検討まで行うことが出来なかった。加えて、開発したプロトタイプ機はループコイルの位置も変更出来るため、その制御プログラムとは、電流値だけでなく各コイルの配置もパラメタとして含む非常に複雑なものとなり、この逆問題を解くことが容易ではないこともプログラム開発の障害となっている。そのため、若干計画より遅れが生じている。シムコイルを用いて磁場均一性の向上を図るには、シムコイルを出来うるだけ被験者の近くに設置した方が効率が良い(電流値を低く抑えられる上に、より高次の磁場補正が可能となる)ことが知られている。
地球環境の学術研究を推進するための衛星情報センターの検討

宇宙からの地球観測情報は,地球環境の変動の機構を解明するために不可欠のものとなっている。衛星からの観測データの学術的な利用は,特定研究(1)「宇宙からのリモートセンシングデータの高次利用」(昭和60年度-62年度)において,衛星データは何に利用可能であるかを明らかにするための「衛星データ利用可能性の検証」に研究の主眼が置かれた。各専門分野毎に衛星データの検証および衛星データの処理方法が確立された。引続き,重点領域研究「衛星による地球環境の解明」(平成元年度-3年度)では,気圏,水圏,地圏の相互作用としての地球現象としての地球現象を解明するためにグローバルな視点で理学,工学,農学等の学際的研究が発足した。「グローバルな衛星観測とその解析」にもとづいた地球現象の変動に関する知見が蓄積された。重点領域研究「衛星による地球環境の解明」終了後に,我国における衛星を利用して宇宙から観測されるデータを用いて,グローバルな地球環境の種々の変動を学術的な見地から解明するための研究を,世界の研究を凌駕する様に,更に発展させる必要がある。本研究は,そのための方策を検討し,次の重点領域研究としての研究を推進するための組織と研究計画を具体的に提案することを目的としている。衛星観測データの地球環境の研究へ利用することは,大学における十分な基礎研究に基づいて初めて可能となる。更に,地球をシステムとして捉え,学術的に解明することは,先端科学技術国として我国に期待されている学術的貢献を果たすことができ,大きな効果が期待されるので,重点領域研究に価する研究計画を検討し,「衛星計測による大陸規模の水・エネルギーフローの解明」を立案した。又,「ネットワークによる衛星データセンター」構想を推進し,マルチメディア通信の共同実験に参加することとし,併せて今後の計画を纏めた報告書を作成した。
新たに見出されたNa+/Ca2+交換体を介した移植膵島細胞死の制御に関する研究

臨床膵島移植が直面する最も重要な課題は膵島移植特有の自然免疫拒絶反応の新規制御法開発である。本研究では膵島移植の自然免疫拒絶反応がドナー膵島細胞の細胞膜に存在するNa+/Ca2+交換体を介した細胞内へのCa2+の流入に端を発した、膵島細胞障害により惹起されること、またドナー膵島を移植前にNa+/Ca2+交換体阻害剤で処置することにより自然免疫拒絶反応が制御できることを明らかにした。重症糖尿病に対するインスリン産生細胞(膵島)移植は21世紀の細胞移植、再生医療の先駆的治療法として今後の発展が期待されている。臨床膵島移植の現在の最も重要な課題は一人のインスリン依存糖尿病レシピエントの治療に2-3回の膵島移植、すなわち2-3人分のドナーを必要とする非効率性が上げられる。これは膵島移植特有の問題で、移植後早期(24時間以内)に発現する移植膵島細胞死に起因している。先に我々はこの成因として移植部位(経門脈的肝内)での自然免疫拒絶反応、さらにその惹起因子としてHMGB1を同定した。本研究では移植膵島よりのHMGB1放出機序を明らかにし、移植膵島細胞死の新規制御法を見出すことを目的とした。本研究の特色として再潅流障害での細胞死への関与が報告されているイオントランスポーター、Na+/Ca^<2+>交換体(NCX)に着目し、以下のごとく低酸素膵島細胞障害の機序、ならびに制御法に関する新規知見を得た。#1.マウス(C57BL/6)単離膵島を低酸素ガス(1%O2+5%CO2+94%N2)で満たしたチャンバー(37C)内で培養する低酸素下培養単離膵島細胞死のin vitroモデルを確立した。#2.NCX阻害剤を用いて低酸素下培養膵島細胞死にNa^+/Ca^<2+>交換体が関与していることを明らかにした。#4.膵島移植の実験系でNCXインヒビターでのドナー膵島移植前処理により移植膵島障害が制御できることを明らかにした。この課題は膵島移植特有の問題で、現在までの我々の研究成果で移植後早期(24時間以内)に発現する移植膵島細胞死に起因していることが判明している。本研究ではこの課題に関し、新規制御法を見出すことを目的とした。昨年度までの研究で移植早期膵島細胞死に低酸素状態が関与していることを明らかにした。また、新たに開発した低酸素下培養単離膵島細胞死のin vitroモデルを用いて、その細胞死にNa^+/Ca^<2+>交換体(NCX)が関与し、NCXの特異的インヒビターにより制御できることを明らかにしている。平成23年度は以下の知見が得られた。#1.NCX isoformの解析により、膵島β細胞には主にNCX1が発現していることを分子生物学的、免疫組織学的に明らかにした。#2.NCX1KOマウスは胎生致死であり、実験にはNCX1+1-,マウスインスリンプロモーターにNCXIgeneを組み込んだトランスジェニックマウスを使用した。NCX1+みならびにNCX1Tgマウスの単離膵島を用いてin vitroならびにin vivo膵島移植実験のドナーとして用い、移植膵島障害に於けるNCX1の役割を明らかにできた。#3.NCXインヒビターによる同種異系移植膵島障害の制御が可能であることを明らかにした。#4.サル膵島にNCXが発現していることを免疫組織学的に明らかにできた。臨床膵島移植の現在の最も重要な課題は一人のインスリン依存糖尿病レシピエントの治療に2ー3回の膵島移植、すなわち2ー3人分のドナーを必要とする非効率性が上げられる。平成22年度および23年度の研究で以下の知見を得た。1移植早期膵島細胞死は移植部位である門脈の低酸素に起因、その細胞死にNa+/Ca2+交換体(NCX)が関与し、NCXの特異的インヒビターにより膵島細胞死は制御できる。2NCX isoformの解析により、膵島β細胞には主にNCX1が発現している。さらにNCX1+/-ならびにNCX1Tgマウスの単離膵島を用いて移植膵島障害に於けるNCX1の役割を明らかにできた。3同種異系移植膵島障害においてもNCXインヒビターにより制御が可能である。4サル膵島にNCXが発現していることを免疫組織学的に明らかにできた。

以上の成果を踏まえ、平成24年度はヒト膵島を用いた実験を行った。ヒト単離膵島は米国共同研究者よりフェデックスで搬送し、実験に使用した。その結果、ヒト膵島にはマウス膵島と同様にNCX1が優位に発現し、ストレプトゾトシンで糖尿病を作成した免疫不全マウス(NOD/scid)への移植実験で、NCXインヒビターによる前処置で移植後のヒト膵島細胞死が制御でき、生着率が向上することが判明した。以上の知見は膵島移植に於いて、レシピエントではなく、ドナー膵島を標的にした治療法で、移植膵島細胞死を制御できることを示した初めての知見で、論文にまとめ、移植部門では世界のトップジャーナルであるAmerican Journal of Transplantationに投稿し、採択された。計画した研究は問題なく順調に進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の方策として、最終年度はヒト膵島を用いた実験を米国研究者(City of Hope)と平成24年5月より開始し、年度内に終了予定である。特に問題点はなく、成果が得られると考えている。ヒト膵島に関する研究終了後に論文発表の予定にしている。
コードブックパターン情報処理に基づく物体形状分離認識技術の研究

本研究は、画像から形状の特徴を抽出する技術及びその特徴を用いた認識技術の確立を目指して実施された。例として、原子オーダで平坦化されたシリコン表面を原子間力顕微鏡で測定した画像から原子ステップとテラスを形状認識し分離するアルゴリズムについて検討した。"方向"・"大きさ"などの特徴に注目し、候補間で相関をとることが認識するには有効であることが分かった。その結果、測定された画像から原子ステップとテラスを形状認識するため基本技術が確立した。本年度は、画像から形状の認識を実現するために、形状の特徴量抽出技術及び抽出された特徴量からの形状認識技術の研究を行った。具体的な例として、原子オーダで平坦化されたシリコン表面をAFMで測定した画像からステップとテラスを形状認識し分離するアルゴリズム開発について研究を実施した。得られた画像データから3×3画素のマクロブロックを抽出し、8方向(45度刻み)を考慮したコードブックパターンを用いて演算し、最大強度を示すパターンを選び出す。最大強度を示したパターンを3×3画素から5×5、7×7、9×9、11×11まで順次拡大することにより、最少ブロックから周辺の輝度情報を考慮しながら当該ブロックの変化方向を抽出することが可能となった。次に、8方向が考慮されかつサイズ可変のコードブックパターンにより抽出されたエッジ候補画素について、近接画素が互いにエッジ候補であれば同じグループに属するといったグループ分けを行い、さらにグループ間の相関性を演算することにより同一グループに属するかを判断する。ここでグループ間の相関を演算する際に一つのグループの特徴を表現する特徴量の抽出が非常に重要である。エッジ候補のグループ化の相関演算に用いる特徴量として、エッジ候補グループの"角度","方向","面積","形状"が重要であることが分かった。"角度","方向","面積","形状"を含む特徴量を用いて、エッジ候補のグループ間で相関演算を行うことが、エッジを特定するには有効であることが分かった。しかしながら、ノイズが含まれている場合などは、8方向を考慮したパターンによる抽出により、ノイズもエッジとして抽出される場合があり、その切り分け手法が今後の課題であることが分かった。今後は相関演算に用いる特徴量の精査と特徴量を用いた相関演算の精度を高めることを課題とし、本研究を進める予定である。本年度は、昨年度に引き続き画像から形状の認識を実現するために、形状の特徴量抽出技術及び抽出された特徴からの形状認識技術の研究を行った。アプリケーション例として、原子オーダで平坦化されたシリコン表面を原子間力顕微鏡(AFM)で測定した画像から原子ステップとテラスを形状認識し分離するアルゴリズムについて研究を実施した。測定された原子オーダ平坦化ウェハの表面画像データから3×3画素のマクロブロックを抽出し、45度刻みの方向を考慮したコードブックパターンを用いて一致度を計算し、最大強度を示すパターンを選択する。選択されたコードブックパターンのサイズを3×3画素から5×5、7×7、9×9、11×11まで順次拡大することにより、最少ブロック(3×3画素)から周辺の輝度情報を考慮しながら、ブロックの輝度変化方向を抽出することが可能となった。輝度変化方向を考慮したサイズ可変のコードブックパターンにより抽出されたエッジ候補画素について、近接画素が互いにエッジ候補であれば同じグループに属するといった判断を行う。さらに、グループ間の相関性を演算することにより同一グループに属するかを判断する。グループ間の相関を演算する際には、一つのグループの特徴を表す特徴量として、"方向"・"大きさ"・"形状"が重要であり、これらを用いエッジ候補のグループ間で相関演算を行うことが、エッジを特定し形状を認識するには有効である。これらアルゴリズムを用いることにより、原子間力顕微鏡を用いて測定された画像から原子ステップとテラスを形状認識するため基本技術が確立したと考えられる。
シェアリング・エコノミーと自営的就労の法的保護の在り方に関する比較法研究

本研究は、シェアリング・エコノミーと自営的就労の法的保護の在り方に関する比較法研究を行うものである。これは、雇用システムの変化やシェアリング・エコノミーの拡大を受けて、従属的な労働契約関係を対象とする画一的な労働法規制が機能不全にあるという問題意識から、自営的就労の法的保護のあり方に着目して比較法的検討を行うものである。平成30(2018)年度における研究実績としては、本研究の成果の一部として、単著『労働契約の基礎と法構造労働契約と労働者概念をめぐる日英米比較法研究』を2019年3月に日本評論社から出版した。同書は、イギリス及びアメリカの雇用契約と被用者概念をめぐる理論的基礎を明らかにするとともに、シェアリング・エコノミーをめぐる新たな理論動向について分析・検討を行ったものであり、現代社会における労働契約法理の分析と将来へ向けた問題提起を試みるものである。同書では、従属労働関係にこだわらず、労働市場を構築する観点からプラットフォーム企業を介在する働き方も含めた法的規制を指向していることを指摘した。このほか、日本法の研究として、「NHK地域スタッフの労働契約法上の労働者性と労働契約の類推適用の可否」季刊労働法261号(2018年)181頁、「派遣労働者に対する均等・均衡待遇をめぐる法的課題」法律時報91巻2号(2019年)33頁等を公表した。本研究の課題は、わが国における理論的課題に応えるために、これまでの検討内容をより発展・具体化させることである。今年度は、イギリス及びアメリカにおけるシェアリング・エコノミーをめぐる理論動向、シェアリング・エコノミーと社会保障法制の接続に関する情報収集、整理を行った。日本の問題状況の調査を行うとともに、イギリス及びアメリカのシェアリング・エコノミーをめぐる理論動向のサーベイを実施した。平成30(2018)年度は、予定通り順調に進んでいる。令和元(2019)年には、イギリス現地にて、日本では入手困難な文献資料や論文、裁判資料等を収集する予定であり、今後はその内容を研究していくことになる。諸外国の状況は現在も流動的に動いているため、なお確定的な示唆を得られるにはいたっていない。これらの点は、今後研究を発展させていくことによって、十分達成可能である。令和元(2019)年度には、イギリスでの調査研究によって得られた資料の分析を進め、イギリス及びアメリカにおける理論状況を明らかにするとともに、社会保障法制との関連を含めた総合的な研究を行う。雇用と自営業を明確に分けた法構造が十分に機能しない実態があるが、そうした変容について各国はどのような理論に基づき対応しようとしているのか、いくつかの論点についての整理を試みる。上記の作業と並行して、国内外で開催される労働法のあり方に関する学会、研究会などに可能なかぎり参加し、情報の発信と収集を行う。令和2(2020)年度は、新たな理論構築を試みる年度として位置づけられる。これまでの研究を総括しつつ、本研究の成果をとりまとめ公表する。

雇用と自営業を明確に分けた法構造が十分に機能しない実態があるが、そうした変容について各国はどのような理論に基づき対応しようとしているのか、いくつかの論点についての整理を試みる。上記の作業と並行して、国内外で開催される労働法のあり方に関する学会、研究会などに可能なかぎり参加し、情報の発信と収集を行う。令和2(2020)年度は、新たな理論構築を試みる年度として位置づけられる。これまでの研究を総括しつつ、本研究の成果をとりまとめ公表する。海外の情報収集活動のために予算計上していたところであったが、教育研究業務と執筆活動等で日程の折り合いがつかず、海外出張を次年度に実施することとしたため、次年度使用額が生じた。次年度使用額を含め、研究計画に基づいて適正に執行する予定である。
腫瘍特異的糖鎖修飾を標的とした腫瘍細胞と腫瘍関連線維芽細胞に対する新たな抗体療法

腫瘍に特異的に発現する抗原は、がん治療において重要な治療標的である。これまでに、数多くの抗体療法が試みられてきたが、抗体の腫瘍特異性が十分でなく正常組織に反応してしまうことによる副作用が問題となっている。さらに、固形がんでは腫瘍組織の不均一性のために、腫瘍細胞には効果的でも腫瘍組織全体では十分な効果が得られにくいと考えられる。そこで、本研究では腫瘍組織に過剰発現するポドプラニンの腫瘍特異的糖鎖修飾に対する抗体を用いて、腫瘍細胞および腫瘍間質を構成する腫瘍関連線維芽細胞を標的とした抗体療法のイヌ腫瘍に対する安全性および有効性を検証する。
遠隔ビデオカメラによる監視システム

原子力プラント、発変電所、駐車場などの屋外の施設や屋内の重要施設では、24時間の監視が要求される場合がある。現状では、ビテオカメラの映像を監視員がテレビモニターを目視することよるチェックが普通であるが、こういった業務は肉体的な疲労と精神的なストレスを伴う。本研究では、このような監視業務を支援するシステムに関する研究を実施した。具体的には以下の研究を行った.1.パンチルトカメラにおいて,カメラ旋回中においても背景/フレーム間差分塗を利用するために,円筒面への投影画像を作成し,その画像における複数のテンプレートマッチングの結果を多数決にかけることで背景の移動量を推定し,補正することで差分法を利用できるようにするアルゴリズムを開発した.2.PMD木というデータ構造を用いることで,監視対象において生じる時空間イベントを効率よく記録/検索することを提案し,その実相の性能評価を行った.3.監視対象の施設を高い臨場感で再現するために,ウオークスルー可能な写真を用いた仮想3次元環境を構築する手法と,写真画質で変形可能な仮想オブジェクトを構築する手法について研究した.4.時空間におけるイベントのパターンを学習,分類するために,位置情報を加えたグラフ表現を提案し,そのグラフデータの表現と検索方式,また,学習アルゴリズムを開発するためのパターンの抽出に関する研究を実施した.原子力プラント、発変電所、駐車場などの屋外の施設や屋内の重要施設では、24時間の監視が要求される場合がある。具体的には以下の研究を行った.1.パンチルトカメラにおいて,カメラ旋回中においても背景/フレーム間差分塗を利用するために,円筒面への投影画像を作成し,その画像における複数のテンプレートマッチングの結果を多数決にかけることで背景の移動量を推定し,補正することで差分法を利用できるようにするアルゴリズムを開発した.2.PMD木というデータ構造を用いることで,監視対象において生じる時空間イベントを効率よく記録/検索することを提案し,その実相の性能評価を行った.3.監視対象の施設を高い臨場感で再現するために,ウオークスルー可能な写真を用いた仮想3次元環境を構築する手法と,写真画質で変形可能な仮想オブジェクトを構築する手法について研究した.4.時空間におけるイベントのパターンを学習,分類するために,位置情報を加えたグラフ表現を提案し,そのグラフデータの表現と検索方式,また,学習アルゴリズムを開発するためのパターンの抽出に関する研究を実施した.本年度は、パン・チルト・ズーム機能を持ったカメラを用いて、背景差分による移動物体追跡を行うシステムを開発した。同様の目的の研究例が既にあるが、本研究では、「予想される背景画像と実際の背景画像との位置ずれ」の補正に重点をおいた。監視システムにおいては、カメラの旋回中であっても、移動物体を検出し続けられるのが望ましい。しかし、カメラの位置測定センサに誤差がある場合や、厳密な撮影時刻が分からない場合には、画像撮影時のカメラ方向のパラメータに誤差が生じ、上記のずれが生じやすい。これを補正する具体的手法は以下の通りである。予想される背景画像を画像A、実際の画像を画像Bとする。画像を格子状の領域に分割し、それぞれの分割された領域において、画像A,Bに対してテンプレートマッチングを実行する。それぞれのマッチングの結果は、画像A,Bのずれの推定値の候補になっているが、移動物体が存在する領域や、エッジなどの特徴点のない背景部分においては、これらの推定の信頼度は低い。そこで、それらの推定値から多数決によって最終推定値を得ることで、ずれの値を決定している。また、推定を高速化するために、推定の信頼度が高いと考えられる領域のみを選択し、マッチングを行うことで、計算量を削減している。この方法により、本棚など、比較的複雑な背景において、小さな物体が移動しているような場合でも、移動物体を実時間で安定して抽出できることを確認した。現状では、ビデオカメラの映像を監視員がテレビモニターを目視することよるチェックが普通であるが、こういった業務は肉体的な疲労と精神的なストレスを伴う。具体的には以下の研究を行った.1.パンチルトカメラにおいて,カメラ旋回中においても背景/フレーム間差分法を利用するために,円筒面への投影画像を作成し,その画像における複数のテンプレートマッチングの結果を多数決にかけることで背景の移動量を推定し,補正することで差分法を利用できるようにするアルゴリズムを開発した.2.PMD木というデータ構造を用いることで,監視対象において生じる時空間イベントを効率よく記録/検索することを提案し,その実相の性能評価を行った.3.監視対象の施設を高い臨場感で再現するために,ウォークスルー可能な写真を用いた仮想3次元環境を構築する手法と,写真画質で変形可能な仮想オブジェクトを構築する手法について研究した.4.時空間におけるイベントのパターンを学習,分類するために,位置情報を加えたグラフ表現を提案し,そのグラフデータの表現と検索方式,また,学習アルゴリズムを開発するためのパターンの抽出に関する研究を実施した.
組織傷害におけるマクロファージの形質転換機構とその意義

組織傷害が起こると、マクロファージは急性炎症の惹起と、回復期における炎症収束および組織修復の両方を担う。本研究では、この組織傷害におけるマクロファージの形質転換機構について研究を進めている。1. CD169マクロファージの形質転換における転写因子の役割我々は、これまでに腸管のCD169マクロファージの形質決定に重要な役割を担う転写因子としてc-Mafを同定し、さらにこのCD169マクロファージが、腸炎の炎症期から修復期にかけて、c-Mafの発現量を変化させることで形質を転換することを見いだした。本年度は、培養マクロファージおよび生体内CD169マクロファージにおけるc-Mafの発現変化と形質転換機構の解析を行った。その結果、in vitroでは酸化ストレス刺激によりマクロファージのc-Mafの発現量が低下すること、その後にLPS刺激を行うとNrf2依存的な遺伝子発現が亢進することを見いだした。さらに、腸炎モデルにおけるCD169マクロファージのc-Maf発現量を経時的に調べると、回復期にはc-Maf発現量が減少し、それに伴ってNrf2標的遺伝子の発現が増加することが分かった。これらの結果より、c-Mafの発現量の制御がCD169マクロファージの形質転換に重要な役割を担っていることが明らかとなった。2.修復期に出現する炎症抑制性単球の同定我々は上述のように、腸管のマクロファージの形質転換機構の研究過程で、腸炎の回復期になると、骨髄においてあらたにYm1陽性単球サブセットが産生されることを見いだした。我々が樹立したYm1-Venusマウスの解析により、組織傷害の回復期に傷害組織に浸潤した同単球は、炎症抑制および組織修復に関与する遺伝子を発現すること、さらにYm1-DTRマウスを用いた解析により、同単球の欠損時には、腸炎からの回復が有意に遅延することを見いだした。我々は上記1のように、c-Mafの発現量の制御が、組織常在CD169マクロファージの形質転換に重要な役割を担っていることを明らかにした。一般に、マクロファージは環境因子により容易に自身の形質を変化させる可塑性の高い細胞だと信じられており、我々の知見もこの説を支持するものである。一方で、我々の上記2の知見は、従来の考え方とは異なり、組織傷害の回復期に、骨髄であらたな単球サブセットが産生され、これが局所に浸潤する可能性を示している。この知見は、組織傷害時に、傷害部位から骨髄に向けて何らかのシグナルが発信され、必要な免疫細胞の供給を促すという新しい概念を提示している。役割の異なる単球およびマクロファージサブセットが、骨髄で産生されるという説を支持する知見は、他の研究者からも複数報告されており、今後、マクロファージの形質転換を説明するメカニズムとして、さらに知見が積み上げられていくものと思われる。今後、本研究では、この2つの現象の解明をさらに進めることにより、マクロファージの形質転換機構の全体像の解明を目指したいと考えている。来年度は本研究の最終年度として、マクロファージの形質転換の機構のさらなる解明に努める。特に我々が最近同定した制御性単球の産生機構と生理的、病理的意義の解明を中心に研究を進める。1.組織傷害モデルにおける制御性単球の役割我々は、これまでに、Ym1陽性細胞を蛍光標識したマウス(Ym1-Venusマウス)を作製し、このマウスの解析から、腸炎の回復期に炎症性単球とは異なるYm1陽性の新規単球サブセットが骨髄で新たに産生されることを見いだした。この単球は傷害部位に浸潤すると炎症抑制・組織修復型マクロファージの形質を示し、傷害組織の修復に寄与することをつきとめた。本研究では、組織傷害の回復期に傷害部位に浸潤した制御性単球を採取し、その遺伝子発現をRNAseqにより解析する。この解析パターンを炎症性単球と比較することにより、免疫制御性単球特異的な遺伝子発現とそれを制御する因子の同定を試みる。2.組織傷害時の骨髄における免疫制御性単球の分化増殖機構の解明免疫制御性単球は、組織傷害の回復期に骨髄で増産されることから、傷害組織で生じた何らかのシグナルが骨髄に作用し、免疫制御性単球の分化および増殖を促進すると想定される。そこで、本研究では、組織傷害時の骨髄における免疫制御性単球の分化増殖機構の解明を試みる。最初に、各種前駆細胞がin vitroおよびin vivoにおいて免疫制御性単球に分化しうるか否かを解析し、次に、同定された前駆細胞を各種サイトカイン等により刺激する等して、免疫制御性単球を効率よく分化誘導できる細胞と刺激の組み合わせを明らかにする。また、免疫制御性単球の分化に関与する転写因子の同定を試みる。マクロファージは組織傷害の炎症期には、炎症を促進する役割を担う一方で、修復期には、炎症の収束と組織修復に重要な役割を担う。本研究ではこのマクロファージの形質転換機構について研究を進めた。1. CD169マクロファージの形質転換における転写因子の役割我々は、腸管に局在するCD169マクロファージが、腸炎において、急性期にCCL8を産生して炎症を惹起することを見いだし、その形質の決定に重要な転写因子としてc-Mafを同定した。さらに、このCD169マクロファージが、腸炎の炎症期から修復期への移行の際に、c-Mafの発現量が変化することを見いだした。