hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
NAFLD/NASHにおける小胞体ストレス及びオートファジー関連機序の解明

生活習慣の変化に伴い、国内にはNAFLD/NASHの人数は急増している。NASHの病態にはオートファジー機能異常及び小胞体ストレスが深く関連しており、異常蛋白蓄積がNASHの進展に関与していると考えられている。小胞体ストレスは肝脂肪化との悪性サイクルを形成し、インスリン抵抗性をも増悪させ、さらなるNASH悪化を引き起こす事が報告されている。我々は、Mallory-Denk Body(MDB)がオートファジーの分解器質であるp62蛋白を含む凝集体であり、プロテアソームの阻害剤で再現できる事、オートファジーの亢進でMDBが減少する事を報告した(Harada M, Hepatology, 2008)。また、飽和脂肪酸が小胞体ストレスを惹起し、オートファゴソームとリソソームとの融合段階を阻害する事を報告した(Miyagawa K, Am J Pathol, 2016)。小胞体ストレスを誘導する既知の薬剤は数種類あるが、それがどの様に酸化ストレス、オートファジー、アポトーシス等に影響を与えるかは明らかではない。我々は、これらの薬剤の効果や作用機序に関して検討中である。小胞体ストレス誘導剤であるタプシガルジン、ツニカマイシン、ピュロマイシン投与を行い、Western blotでオートファジーへの影響を検討した。タプシガルジンにおいては、バフィロマイシン併用負荷により、オートファジーの後期段階の障害が行われている事を確認した。また、mRFP-GFP-LC3を用いて、autophagic fluxの解析を行った。現在、ツニカマイシン、ピュロマイシンのオートファジー、酸化ストレス、アポトーシスへの影響を検討中である。上記の小胞体ストレス誘導剤の作用機序を明らかにし、その他の薬剤と併用時の肝細胞に与える影響を検討する。また。酸化ストレスへの防御機構であるNrf2-Kaep1系に対する小胞体ストレス誘導剤の作用も検討する。また。この研究は、科研費に採択される以前から行っていた研究であるため、当該年度は既存の細胞、試薬、実験器具を使用した。未使用額は次年度へ繰り越す。また、In vivoでの実験のため、ヌードマウスおよび飼料、マウス投与薬物の購入、および実験試薬の購入を行う予定である。
下等真核生物における遺伝子発現の調節

真核細胞の増殖・分化に関わる遺伝子発現の調節を分子レベルで解明する事を目的とし下等真核生物、酵母を材料として研究を行なった結果、以下の知見を得た。1.酵母の減数分裂、胞子形成時に特異的に発現するグルコアミラーゼ遺伝子のクローニングとDNA塩基配列の決定、さらに発現調節に関与する5'上流構造の決定を行なった。2.酵母2μmDNAの安定な複製、分配に関わる分子内、分子外の因子を解明し、類縁酵母間での進化について明らかにした。3.酵母ペルオキシソーム蛋白の遺伝子を数種クローニングし、これらがゲノム上で特異な遺伝子群として存在する事を見いだした。また、これら遺伝子の一つであるアシルCoA酸化酵素遺伝子についてペルオキシソーム形成時の蛋白ソーティングに関わる構造を解析し、その構造が蛋白のC末端2/3部分に散在する事を見いだした。4.酵母性フェロモンのトランスメンブレンシグナリングにCa^<2+>をセカンドメッセンジャーとする経路が働いている事を明らかにし、その分子機構を解明した。この経路の下流に働くと考えられるCa^<2+>/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼの単離に成功した。また、酵母の遺伝子ライブラリーより2種のカルモジュリン結合蛋白遺伝子のクローニングを行なった。5.酵母の細胞周期とCa^<2+>の関係を解析し、G1期、M期に細胞内遊離Ca^<2+>が必須であることを明らかにした。6.酵母性フェロモン、ロドトルシンAの遺伝子を単離し、DNA塩基配列ならびに、ゲノム上での構造の特性を解明した。7.モノクローナル抗体を用い、酵母のDNA複製を正に調節する核蛋白p70を同定しこれがヒートショック蛋白の一つであるhsp70と極めて類似した構造を持つことを明らかにした。この蛋白の機能をin vitro系で解析した。8.酵母の単離核によるプラスミドDNAの輸送機構を解析し、核内のATPase、プロテインキナーゼが必須な役割を果たす事を明らかにした。また、この輸送系に関与すると考えられる核膜ATPaseの単離に成功した。1.福井は酵母の胞子形成過程を解析し胞子形成時特異的に発現するグルコアミラーゼ遺伝子をクローニング、その全DNA塩基配列を決定した。さらに本遺伝子の胞子形成時特異的な発現を支配調節する領域を本遺伝子の5'上流部分に検索し、3つの調節領域の存在を明らかにした。2.東江は、古来醸造工業において汎用されてきている各種酵母より6種のS.cenevisiae 2μm DNA様プラスミドを見出し、その全DNA塩基配列の決定とそれらの比較を行った。この結果各プラスミドの分子内組換えを支配するFLP部分がDNA、並びにアミノ酸配列において相同性を持つ事を明らかとし、本遺伝子の産物が2μmDNA様プラスミドの自己保存に重要な役割を果している事を示した。3.上領は脂肪酸培養により著量の発現誘導を受けるC.tropicalisパーオキシソーム遺伝子群のうち互いに相同性の高いpox2,pox4,pox5の3遺伝子が染色体上でクラスターを形成している事と明らかにした。次いでこれら3遺伝子の全DNA塩基配列を決定すると共にその産物であるPXP2,PXP4,PXP5を精製、そのアミノ酸配列を確立し、これらが相互に類似した2種の長鎖脂肪酸CoA酸化酵素のサブユニットである事を明らかにした。

4、宮川は異担子菌酵母の性フェロモンの作用機構を解析し、本フェロモンが受容菌の細胞膜上に存在するトリガーペプチダーゼにより切断される事が引金となりこれに続く【Ca^〓】、ATPaseの不活性化、細胞内【Ca^〓】濃度の一過的上昇、【Ca^〓】-カルモジュリンによる細胞質蛋白キナーゼの活性化という一連のカスケード反応が誘起され性分化情報の確立が起こる事を明らかにした。5.土屋は酵母のDNA複製関連蛋白に対する単クローン抗体の調製を行い、各抗体の認識する抗原の同定並びにその性重の解析を行った。この結果、抗体の1つで認識された分子量70kdのクロマチン蛋白が広く生物一般に存在するストレス蛋白の1つhsp70と極めて類似したものである事を見出した。1.酵母の胞子形成はNH_4^+の存在により特異的に抑制される.福井はこの抑制を解除する遺伝子を酵母遺伝子ライブラリー中に検索し, 3種の遺伝子をクローニングした.また昨年度より研究中の胞子形成時特異的に転写の起こるグルコアミラーゼ遺伝子(SGA)の発現を支配するSGA5′上流領域の解析をさらに進め,発現の正の調節因子enhancerの結合部位を決定した.2.東江は各種醸造酵母内に存在する核外遺伝子(2μm様DNA)の1つであるpSB3の安定保特機構とそのクロモソーム構造との関りを解析し, pSB3の安定性をtransに支配する領域B,Cとその産物が結合するSTB領域の存在を明らかにした.またこのSTB領域はヌクレオソーム8量体と結合しない特異なDNA構造を持つ可能性を明らかにした.3.上領は酵母ペルオキシソーム蛋白の細胞内輪送機構を解析するためのin vitro系をC.maltosaの宿主ベクター系を用いて確立した.現在3種のPOX遺伝子内にin vitroで種々の変異を導入し,蛋白輸送のシグナルとなる部位の検索解析を行っている.4.宮川は昨年度に引き続き酵母の性分化情報のトランスメンブレンシグナリング機構の解析を行い,性フェロン情報の2次メッセンジャーとして仂くCa^<++>の上昇が,フェロモンレセプターのペプチド分解作用で生じたファルネシルトリペプチドが細胞膜Ca^<++>ーATPaseの活性を特異的に阻害する事により生じている事を明らかにした.またフェロモン分子をコードする遺伝子の単離,DNA塩基配列の決定を行い,本分子がシグナルペプチドを欠く特異な前駆体として合成される事を明らかにした.5.土屋は酵母のDNA複製を正に調節し,hsp70と相同性を用つ核蛋白p70を抗体を用いて精製した本蛋白が蛋白リン酸化活性を持つ事を明らかにした.また単離核を用いたin vitro系によりDNA分子の核内への輸送機構を解析し,この反応が核内に存在するA TPase,蛋白リン酸化酵素の作用に強く依存したものである事を明らかにした.1.土屋、東江は酵母のDNA複製調節に関わる核蛋白p70の機能をin vitro系を用いて解析し、本蛋白は酵母のreplication complexがori部位からの複製を始めるために必要な働きをしている可能性を示した。また、抗p70抗体を用い、発現ベクターλgt11による酵母の遺伝子ライブラリーよりp70遺伝子のクローニングを行なった。
比較ゲノム解析に基づくヒト固有遺伝情報の同定と機能推定

新たにゲノム比較解析アルゴリズムとツールを開発し、これまでの科研費で構築してきたPCクラスタを活用して、ヒトゲノム完成配列データとチンパンジー概要配列データの間の高精度アラインメントを作成し、両ゲノム間の相違に関する詳細なデータを作成した。次に、両ゲノム間の違いのうちどれがヒトゲノムで生じた変化によるものなのかを明らかにするために、米国で実施されているマカクゲノムの全ゲノムショットガン配列決定によるデータを用いた比較解析を実施した。まず、最優先領域として遺伝子領域に対する詳細な解析を行った。その結果、Ensemb1データベースでアノテーションが付されている遺伝子約33,000個のうち、7,836個の遺伝子でヒト特異的領域が見出され、そのうち443個の遺伝子において、CDS領域内挿入・欠失が見つかった。2つの嗅覚受容体遺伝子は全体がヒト特異的領域として検出され、それらが偽遺伝子であるという証拠は示されていない。これまでは、霊長類において嗅覚受容体遺伝子が多数偽遺伝子化したりプロセスト偽遺伝子が挿入されたりしている例が報告されているが、新規に嗅覚受容体遺伝子がヒトにおいて生じたのであれば、大変興味深い。443個の遺伝子のうち、270個についてはOMIMデータが存在しており、それらについて、他の様々なデータを併せて詳細な解析を進めている。イントロンやUTR、遺伝子外領域においても多数のヒト特異的領域が見つかっており、それらの生物学的意味付けのための詳細な解析を進めている。特に、SNPsデータが全く見つからないヒト特異的領域などの、機能的制約が強くかかっているか、極めて新しいと考えられる領域を最優先にして解析を進めている。分子生物学実験に関しては、専門家にあたりながら準備と基礎的な実験を進めている。他に冠集団遺伝学的解析を行い、ヒト-チンパンジー間種分化過程についての推定を行った。
擬音語を利用した音の感性的評価に関する研究

本研究の最終的な目的は,擬音語から元の音の音響的特徴や音に対する聴取印象などの感性情報を得る手法を確立することにある。本研究では,先ず,種々の環境音を擬音語で表現すると共に,その聴取印象を測定する音響心理実験を行った。擬音語中の音声学的パラメータの類似性に基づいて擬音語回答を分類したところ,同じグループに分類された擬音語で表現された環境音には類似した音響的特徴が見られ,音の音響的特徴を捉える上で擬音語を用いることの有効性が示された。さらに,音響的特徴と擬音語の特徴,および聴取印象間に幾つかの関連性が見出された。例えば,高周波数帯域にエネルギーを有し,「鋭い,明るい」といった印象を伴う音は,母音の中でスペクトル重心が最も高い/i/を含む擬音語で表現される。次に,擬音語によって元の音の感性情報をどの程度まで伝達できるか検討を行った。擬音語を被験者に呈示し,元の音をイメージさせ,イメージされた音に対する印象評定を行うと共に,呈示された擬音語から元の音の発生源や音を生じさせる現象を回答させる自由記述実験を行った。このイメージされた音の印象と擬音語の特徴の対応を検討すると共に,被験者が擬音語から音のどのような情報を獲得したのか検討を行った。結果として,擬音語からイメージされる音の主な印象は「大きさ」「高さ」「長さ」であった。また,環境音実験で得られた擬音語回答からイメージされる音の印象を測定し,元の音の聴取印象と比較した。結果として,金属性の印象については擬音語からイメージされた音の印象と元の音の印象が近いことが分かった。さらに,擬音語の特徴と印象の関連をより詳細に検討するために2モーラの擬音語を用いて同様の実験を行った。得られた結果に林の数量化理論I類を適用し,擬音語の構成要素から印象を推定するモデルを構築した。得られたモデルは別実験のデータにもよく適合し,モデルの有効性が確認された。本研究の目的は、擬音語を用いた新しい音の感性的評価手法を確立することである。そのためには、各種の環境音や合成音の音響的特徴と擬音語表現及び聴取印象の相互関係、擬音語から想起される音の音響的特徴を明らかにする必要がある。今年度は、さまざまな音響的特徴がどのような擬音語で表現されるのか、また、音の音響的特徴がもたらす主観的印象とこれに対応する擬音語表現を明らかにするための実験を行った。被験者にさまざまな環境音(36個)を刺激として呈示し、これらの音を擬音語で表現する自由記述実験と,これらの音に対する主観的印象を「快い-不快な」「鈍い-鋭い」といった13個の形容詞対尺度を用い、SD(Semantic Differential)法によって測定する実験を行った。実験で得られた擬音語回答は調音位置、調音様式、母音といった音声学的パラメータで符号化し,被験者全員の回答から、各刺激に対する各音声学的パラメータの度数を求めた。各パラメータの度数の類似性に基づいたクラスタ分析により刺激を分類した結果、5つのクラスタに分類され、時間構造や周波数構造の類似した刺激が同じクラスタに分類された。

例えば、母音の中で第2フォルマント周波数が最も高い/i/の度数が多いクラスタでは、高周波数帯域に主要な成分を持つ音が多く見られた。印象評価実験の結果には因子分析が適用され、情緒因子・協和・金属性因子、迫力因子と解釈できる3因子解が得られた。因子得点と擬音語中の音声学的パラメータの相関分析より、高周波数帯域に主要な成分を持ち、金属的な印象が強い音には母音/i/が多用される、などの幾つかの対応が見られた。また、明らかになった音の音響的特徴、主観的印象,擬音語の特徴の3者の関連を検証するため、合成音を用いた同様の検証実験を行った結果、環境音を用いた実験で得られた対応関係が確認された。本研究の目的は,擬音語を用いた新しい音の感性的評価手法を確立することである。昨年度は,各種の環境音や合成音の音響的特徴と擬音語表現及び聴取印象の相互関係について検討した。一方,実際に擬音語を利用して音の評価を行う場合,音の聴取者が表現した擬音語から,元の音に対する印象や音響的特徴といった情報を得ることが求められる。そこで本年度は,さまざまな擬音語表現を被験者に呈示し,擬音語からイメージされる音の印象や擬音語から得られる音源情報を検討する実験を行った。昨年度の実験で得られた擬音語回答から,多くの被験者の回答を代表する典型的な擬音語と特異な擬音語を選択した。これらを昨年度の実験に参加していない被験者に呈示し,擬音語からイメージされる音の印象を,昨年度の実験と同様の13個の形容詞対尺度を用いSD(Semantic Differential)法により測定した。さらに,擬音語に対応する元の音の音源について自由に記述させた。典型的な擬音語と特異な擬音語が呈示された場合に,音源を的確に回答した被験者の割合を全刺激にわたって平均した正答率は,それぞれ64.3%,24.3%であった。印象評価実験の結果は昨年度得られた音刺激に対する印象評価結果と合わせて分析した。音刺激と擬音語刺激に対する評価結果を比較すると,濁り感や明るさ,鋭さなどの印象に関しては,典型的な擬音語に対する印象,特異な擬音語に対する印象共に音刺激に対する印象に近いことが分かった。音刺激と擬音語からイメージされる音の印象が近い場合,擬音語から元の音の印象をある程度推測できると考えられる。また,擬音語辞典から抜粋した典型的な擬音語や音の聴取者が回答した擬音語に対する印象と擬音語の特徴の関連を検討したところ,「高い」音をイメージさせる擬音語は母音/i/を含むなど,昨年度までに得られた知見と概ね一致する結果が得られた。本研究の最終的な目的は擬音語を用いた新しい音の感性的評価手法を確立することである。昨年度の実験では,擬音語からイメージされる音に対する印象やこれと元の音に対する聴取印象の差などについて調べ,擬音語によって音の感性情報をどの程度まで保持・伝達できるか検討した。本年度は,語尾に撥音や促音,長音を持つ2モーラの単純な擬音語(子音+母音+語尾)を用い,擬音語から想起される音に対する印象評定実験を行った。印象評定は15個の音色評価尺度(7段階)を用いSD(Semantic Differential)法により測定した。さらに,擬音語の音韻的特徴と想起される印象の関係をモデル化し,擬音語から音の印象が予測できるか検討した。2モーラの擬音語は「子音行+濁音・半濁音+拗音+母音+語尾」といった音韻パラメータに分解できる。これら22個の音韻パラメータに対する重みの線形和により印象の予測値が与えられると仮定し,林の数量化理論I類によって,音韻パラメータを独立変数,印象の予測値を従属変数としたモデルを構築した。
20世紀前半中国外交の構造的解明〜中国外交文書に基づく実証研究からモデル提示まで

本研究では、主に191020年代の中国外交を、外交文書に基づいて研究し、実証的事例研究を基礎としながら、その外交システムの総体を総合的に明らかにすることを目的とした。本年は、既に収集している中国・台湾所蔵の外交档案(中国外交文書)の読みこみをおこなうとともに、先行研究を幅広く収集、裏に示したような事例研究を公にし、他方で博士論文『中華民国前期外交史研究』(平成11年度東京大学大学院人文社会系研究科学位請求論文)を年度末に書き上げることができた。ここで得られた新たな成果は、以下の通りである。第一に、中華民国北京政府の外交を、文明国化の使命に支えられた「近代主権国家外交」であったと規定することが可能だということが判明したこと。具体的には不平等条約の改正、近代外交行政の整備が、様々な問題を孕みながらも進められたことにある。この時期の外交こそ、主権・独立・内政干渉・「これ以上奪われない・奪われたら奪い返す」などを言辞に使う近現代中国外交の鋳造期なのであった。第二に、こうした近代主権国家外交が展開されながらも、宗主の論理が消え去ったわけではなく、宗主の主権的な読み替えなどがおこなわれていたこと。これはチベットやモンゴル政策のみならず、朝鮮やタイに対する政策から読み取れる。第三に、こうした外交を展開しつつ、やはり実効支配能力に乏しい中央政府は条約履行能力の面で内外からの厳しい批判にさらされたものの、外交に関しては中央地方の関係が比較的正常に機能し、時に外国に敵対するように見せながら実際は連絡を取り合い、また中央政府も自らが代表権を有していることを内外に示す努力をし、また中央に対抗しても、第一の点で述べたような政策の基本は変わらなかったということ。これらの諸点は、従来の研究では明らかにされてこなかった点である。しかし、前後の時代との連関、同時代の社会経済との関係、政治学的な抽象化、他地域との比較、国際政治史的視野などに欠けている。これらは次年度に検討したい。
イノシン特異的mRNA切断によるADAR1基質同定と遺伝性対側性色素異常症病態解明

前年度(H18年度)には、ADAR1遺伝子の発現ベクターを作製し、色素細胞および角化細胞に導入し、ADAR1を過剰発現させた。その際の色素関連遺伝子であるチロシナーゼおよびMART-1についての発現量の変化をmRNAレベルで調べたところ、有意な変化は見られなかった。本年度は、上記の結果をふまえて、(1)本研究で用いるイノシン特異的mRNA切断によるADAR1編集基質同定手法の検討および(2)正常色素細胞においてsiRNAを用いたADAR1遺伝子発現抑制を起こした際のDNAマイクロアレイを用いた包括的遺伝子発現変化の観察を進めた。(1)のイノシン特異的mRNA切断を行うためには、多くのステップについて予備実験による条件設定が必要である。本実験への準備を進めているが、いまだ本実験に進むための条件設定は進んでいない。(2)については、ADAR1遺伝子のsiRNAを設計して、遺伝子抑制させた時のチロシナーゼおよびMART-1についての発現量の変化をmRNAレベルで調べたところ、有意な変化は見られなかった。現在まで明らかになっていない、ADAR1遺伝子抑制によって影響を受ける遺伝子を明らかにするため、正常色素細胞及び角化細胞でADAR1を抑制させ、DNAマイクロアレイを用いて包括的遺伝子発現変化を観察した。遺伝子の発現の変化はいくつかの遺伝子で見られたため、現在、リアルタイムPCRを用いて、マイクロアレイで得られた結果の確認実験を進めている。また、我々のグループで継続的に行っている遺伝性対側性色素異常症患者のADAR1遺伝子変異の検索は続けて行っている。今回、解析に用いるmRNAを色素細胞および角化細胞から抽出する際に、RNA編集がより分かるようにするため、ADAR1遺伝子を導入した細胞からmRNAを抽出し、それを解析に用いることにした。これにより、ADAR1を細胞内で過剰に発現させて、充分にRNA編集が行われたmRNAを得ることができる。はじめに、それに用いるADAR1遺伝子の発現クローン作製を行った。色素細胞および角化細胞において、この発現クローンによってADAR1を過剰発現させた。これをmRNAレベルにおいてはリアルタイムPCR、蛋白レベルではウエスタンブロッティングによって確認した。色素細胞において過剰発現をさせた時の色素関連遺伝子であるチロシナーゼおよびMART-1についての発現量の変化をmRNAレベルで調べたところ、有意な変化は見られなかった。さらにsiRNAにおいて定常状態で発現するADAR1を抑えたサンプルも準備するため、siRNAを設計して同様に色素細胞および角化細胞に導入し、これをmRNAレベルにおいてはリアルタイムPCRによって確認した。これを用いて、色素細胞において、遺伝子抑制させた時のチロシナーゼおよびMART-1についての発現量の変化をmRNAレベルで調べたところ、有意な変化は見られなかった。これらのADAR1過剰発現および遺伝子抑制を行ったRNAサンプルについて、DNAマイクロアレイを用いて包括的遺伝子発現変化を観察し、ADAR1によって変化を受ける遺伝子を検索する実験を行っている。
高精細な4次元医用画像の高速計算に関する研究

本研究の目的は,高精細な4次元医用画像に対する実時間処理を実現することである.この実現のために,GPUやPCクラスタを用いた高性能計算に関して研究してきた.平成18年度の成果として,(1)4次元ボリュームレンダリングの高速化,(2)モルフォロジー演算の高速化,および(3)GPU装備のノートPCによる2次元/3次元剛体位置合わせの性能評価および精度評価について述べる.(1)512×512××295ボクセルの肺データに対しては,秒間あたり5フレームの性能を達成でき,ほぼ実時間の可視化を実現できている.残りの小規模なデータに対しては30フレームに到達するものもある.一方,技術を何ら用いない安易な実装では,概ね1/5の性能であることから,1台のPCであってもディスク,CPUおよびGPUの多重化,およびデータ圧縮やパイプラインなどの工夫により目標性能を達成できた.(2)GPUにより数秒程度の実行時間をモルフォロジー演算に対して達成した.集約型は大きい元画像に対して高速であり,ばらまき型は大きい構造要素に対して高速であることを示した.(3)64個のCPUを持つPCクラスタは,位置合わせに要する計算時間を5分から15秒,15分から58秒に短縮できた.一方,GPUはほぼ30秒以下の実行時間で位置合わせを完了できている.この実行時間は術中用途に耐える短さであるため,提案手法は位置合わせを前処理とする様々な手術支援に貢献できる.PCクラスタが管理や運営などの維持コストを必要とするのに対し,GPUではノートPCを1台のみ手術室に持ち込めばよいので,高性能計算環境を導入するときの敷居は格段に低く,実用性が高い.平成17年度の研究計画は,高精細な4次元画像を短時間で処理することを目標として,高性能計算による時間短縮を試みることである.高性能計算を実現する計算環境としては,複数のPCを高速なネットワークで相互接続したPCクラスタ,および近年CPUを超える性能を達成し性能向上の成長が著しいGPUを用いた.特に,現在は計算量が多すぎて萌芽的な段階にある医用画像処理として,1)2次元/3次元画像位置合わせ,2)人工股関節全置換術のための可動域シミュレーション,および3)4次元画像の可視化に着目し,それぞれの実用化に直結する高速化のための有力な手段を提供した.1)に対しては術中利用を目的として,PCクラスタおよびGPUによる位置合わせの高速化手法を提案した.提案手法はボクセル値に基づく位置合わせ手法を基にしている.前者による手法では,データ並列処理及び投機的並列処理により位置合わせの速度及び頑健性を向上し,遠隔並列処理が実用に耐えることを示した.後者による手法では,位置合わせの問題をGPUが得意とする計算方法で解くことにより,さらなる高速化が可能であることを示した.特に,手術室にPCを1台持ち込むだけで5秒程度の応答時間を実現できる点は,計算機支援による手術の実現に向けてインパクトが大きい.2)に対しては,計算量を削減する適応格子細分化の技術を逐次アルゴリズムに対して適用し,さらに並列処理を組み合わせることにより,従来は並列処理を行っても141秒もの時間を要していて術中支援が難しかった詳細なシミュレーションを20秒という実用可能な短時間で実現した.3)に対しては,主記憶不足に陥るような時系列3次元画像に対し,高速な可視化を実現するためのデータ圧縮手法を開発した.提案手法は,CPUのみならずGPUにおいてもデータを圧縮することにより,従来の圧縮手法よりも30%高速な可視化を実現できた.本研究の目的は,高精細な4次元医用画像に対する実時間処理を実現することである.この実現のために,GPUやPCクラスタを用いた高性能計算に関して研究してきた.平成18年度の成果として,(1)4次元ボリュームレンダリングの高速化,(2)モルフォロジー演算の高速化,および(3)GPU装備のノートPCによる2次元/3次元剛体位置合わせの性能評価および精度評価について述べる.(1)512×512××295ボクセルの肺データに対しては,秒間あたり5フレームの性能を達成でき,ほぼ実時間の可視化を実現できている.残りの小規模なデータに対しては30フレームに到達するものもある.一方,技術を何ら用いない安易な実装では,概ね1/5の性能であることから,1台のPCであってもディスク,CPUおよびGPUの多重化,およびデータ圧縮やパイプラインなどの工夫により目標性能を達成できた.(2)GPUにより数秒程度の実行時間をモルフォロジー演算に対して達成した.集約型は大きい元画像に対して高速であり,ばらまき型は大きい構造要素に対して高速であることを示した.(3)64個のCPUを持つPCクラスタは,位置合わせに要する計算時間を5分から15秒,15分から58秒に短縮できた.一方,GPUはほぼ30秒以下の実行時間で位置合わせを完了できている.この実行時間は術中用途に耐える短さであるため,提案手法は位置合わせを前処理とする様々な手術支援に貢献できる.PCクラスタが管理や運営などの維持コストを必要とするのに対し,GPUではノートPCを1台のみ手術室に持ち込めばよいので,高性能計算環境を導入するときの敷居は格段に低く,実用性が高い.
気泡と斑晶を含むマグマの噴火様式決定メカニズムをモデル実験で理解する

マグマは融けた岩石であるが、これに気泡と結晶を含んでいる。マグマの噴火様式は噴火前の気泡の量に依存する事が良く知られているがこの気泡の量はマグマが上昇する過程で変わり得る。本研究ではその気泡の量が変化するメカニズムの理解と測定する方法の開発を目指した。実験に基づき、せん断変形及び減圧膨張により気泡中の火山ガスが大気中に抜ける量を見積もる式を提出した。また、大地震に伴う振動も気泡中の火山ガスを周囲のマグマから分離する効果がある事を示した、更に粘弾性測定に基づき、マグマ中に気泡と結晶が含まれる場合、マグマが固体的に振る舞いS波を通すかもしれない条件を明らかにした。平成24年度は4年間で遂行する研究計画の初年度であった。本研究の最大の目的は気泡と斑晶を含むマグマが流動するのに必要な力(粘弾性)と気泡・斑晶が作る構造との関係を式で表し、これを用いて火山の噴火様式がきまるメカニズムを明らかにする事である。マグマは火道中を上昇し、ある場合には噴火に至る。マグマは上昇の過程において多くの気泡や斑晶を生成する。気泡や斑晶は巨視的にみたマグマの粘弾性に大きく影響を与える。また、影響の仕方は気泡や斑晶が作る構造によって変わる。気泡や斑晶の分布により変化する粘弾性がマグマの上昇速度と噴火様式に影響を与える筈であるが、気泡や斑晶の作る構造と粘弾性の関係はあまり良くはわかっていない。当初の研究計画では、平成24年度に粘弾性測定装置を購入し、これを用いて気泡と斑晶を含むマグマのアナログ物質の粘弾性を測定する予定であった。また、平成25年度以降にこの結果を火道中のダイナミクスに応用する為の実験を実施する予定であった。しかし、平成24年度の粘弾性測定装置の購入に予定よりも時間がかかった。現在は現在粘弾性の測定方法を確立したところである。当初の実施計画と比較すると粘弾性測定に関してはやや遅れ気味であり、気泡や斑晶の含有量などのパラメーターを広い範囲で変えて測定するには至っていない。しかし、粘弾性測定装置が納品されるまでの間、平成25年度以降に行う予定であった、火道中のダイナミクスの研究の一部を前倒しして行った。特に火道壁で起きると考えられる気泡を含むマグマのせん断変形が気泡同士の連結に及ぼす影響を明らかにした。その結果、火道中のマグマの上昇が起こすせん断変形が火道内の脱ガスに与える影響を定量的な式で記述する事に成功した。火山の噴火様式は多様であるが、今後発生し得る噴火の様式を観測に基づいて予測する事は現在のところ難しい。マグマ中の気泡の存在が噴火様式を左右する事はわかっているものの、気泡がどの様に合体し、その量が減少(脱ガス)するのかは分かっていない。よって本研究ではマグマ中の気泡の合体・量・分布を決める法則を知る事を目的とし、気泡と粒子(斑晶)を含む流体(マグマ)の粘弾性測定と火道内で起こる素過程のモデル実験を行っている。気泡と斑晶を含む流体の粘弾性特性はマグマの上昇速度を決めるとともに、地震観測の結果を理解する為にも必要である。平成25年度は4年間で遂行する研究計画のうち2年目にあたる。本研究において最も重要な気泡と粒子を含む流体の粘弾性測定については、昨年度に購入したレオメータを用いてその場観察しながら気泡と粒子を含む流体の粘弾性を測定できるように装置の周辺を改良した。その結果、歪の増加と共に気泡同士が繋がってゆく様子が観察できるようになった。また、火道内ダイナミクスの素過程にあたる、気泡と粒子を含む系の減圧実験を行った。その結果、粒子を含む場合と含まない場合では気泡同士のつながり方や脱ガスの様式がまったく異なる事がわかった。この結果を用いて、断続的な爆発的噴火を起こすブルカノ式噴火の原因となる、ガス溜まりの生成過程を説明できると考えている。これらと並行して、本研究課題と極めて関連の強い3本の論文を執筆し出版した。H26年度(一部H27年度に繰り越し)は主に地震による誘発噴火に取り組んだ。若手研究Aを申請した当初は、この実験を最終年度にあたるH27年度に、日本で遂行する事を予定していた。しかし、研究上要求される性能を備え、かつ予算内で購入できる、地震を模擬する為の振動台を見つける事が難しかった。そこで、当初計画を前倒ししてH26年8月にGFZ Potsdamを訪問して振動実験を行った。まず、マグマを模擬した水あめの入った容器に対し水平方向に振動を加えた。その結果、スロッシングと呼ばれる、工学分野では良く知られた、流体の振動を観察する事ができた。スロッシングは地震に伴い石油タンク等の事故を起こす事でも知られている。次に気泡を含む水あめに振動を与え、スロッシングにより気泡の合体が起こる事を示した。更に、気泡がつぶれた後の水あめは気泡の無かった部分とスロッシングにより混合する事を示した。マグマ溜まりや火道内にあるマグマ中の気泡が地震により合体すれば、火山ガスが放出され、その火山の活動度が上がると考えられる。よって、実験からスロッシングにより気泡の合体を定量的に記述できる理論を作成し、これをマグマ溜まりや火道に適用した。

その結果、気泡を保持しているマグマ溜まりや火道が地震により振動した場合、気泡の合体が噴火の要因になり得ること、また、宝永地震の後に起きた富士山の宝永噴火でみられたマグマの混合はスロッシングで起きたと考えられる事を示した。本研究の成果は誘発地震におけるスロッシングの効果を世界で初めて定量的に見積もった先駆的な研究としてJournal of Volcanology and Geothermal Researchに招待論文として掲載される予定である。本研究は粘弾性測定、気泡を含む流体の減圧実験、せん断変形実験、振動実験からなる。すでに粘弾性測定以外は論文を発表しており、概ね当初予測通り進展していると考えている。H27年度(H28年度まで研究期間延長)は主に気泡と粒子を含む流体の粘弾性測定を行った。本研究の最も重要なポイントは粘弾性測定と気泡の変形の同時観察であったが、気泡サイズが当初の予定よりも小さくその観察方法が問題となっていた。この問題を、焦点距離の長いマイクロスコープを導入する事で解決した。その結果、気泡が引き伸ばされ合体していく様子を詳細に観察できるようになった。本研究では二枚の板状のプレートの間にマグマを摸した気泡を含む水あめを配置して回転方向のせん断変形を与えているが、せん断速度が高くなると回転軸をとりまく同心円状の気泡ができ、これが形成されるときに実効的な粘性率が一桁下がる事が測定によりわかった。また、一度この構造ができてしまうと、せん断速度を下げても測定される粘性率は元には戻らない事もわかった。気泡の合体が起きた後の流体には当初存在していたよりも小さい気泡しか残っていなかった。また、観察された最少気泡サイズが下がる事もわかった。気泡の合体が大きい気泡において選択的に起こり、また、気泡の分裂も起こった事を示している。火山の噴火において、火山ガスは爆発を起こす要因となる。火山ガスとマグマを分離するプロセスとして本研究で得られた結果は極めて重要である。この結果は国際学会American Geophysical Union Fall meeting 2015にて招待講演として発表した。また、現在論文を執筆中である。当初の計画に従い4年間で計画していた実験の大部分は終える事ができたが、上述の通り、気泡の変形の観察と粘弾性の同時測定の問題を解決する為に時間がかかってしまった。現在は問題が解決し、研究を完成させる見通しがたっている。H28年度は当初4年計画だった研究を延長した5年目にあたり、最終年度であった。本研究は主に以下の4つの部分からなる。1気泡を含む流体のせん断変形実験、2気泡を含む流体の減圧実験、3気泡を含む流体の振動実験、4気泡を含む流体の粘弾性測定、である。1、2はすでに完了している。3はH26年8月にGFZ Potsdamを訪問して実験を行い、H28年度にはこの結果の出版と広報活動に取り組んだ。地震による誘発噴火のメカニズムを提唱したこの研究は注目度が高く、Science誌のHP上で紹介していただけた。また、1707年に起こった富士山の宝永噴火のメカニズムになり得るとして検証した事により、多くの人に興味を持っていただけた。一方、これまで気泡の体積分率の調整が難しかったり、気泡の形状が観察できなかったり、予想外の困難が多かった4気泡と粒子を含む流体の粘弾性測定であるが、H27年度に測定方法が確立し、H28年度は多くの測定を行う事ができた。この結果、3相が混合する流体が固体的に振る舞う条件を明らかにした。この成果は地震観測の結果を理解する上で極めて重要である。
3次元培養による肺胞壁モデルの作製とこれを用いた肺胞障害後の肺線維化過程の解析

3次元培養による肺胞壁モデルを作成し,さらに培養モデルに肺胞障害後に産生される増殖因子(PDGF,IGF-I)を添加して肺線維芽細胞の増殖率を検討した.[結果]1.正常ラットから採取した肺胞上皮細胞と肺胞線維芽細胞または欠管内皮細胞と線維芽細胞をコラーゲン・ゲル内で3次元培養し,光顕で観察したところゲル内に線維芽細胞が存在しゲル表面に上皮,内皮細胞が一層配列する肺胞壁と類似の構造を示した.また電顕で観察したところ上皮または内皮細胞が配列している直下に基底模様の構造が観察され,抗ラミニンおよび抗IV型コラーゲン抗体を用いて免疫組織化学的に検討するとこの基底膜構造に一致して陽性像が認められた.2.この3次元培養モデルに対して,PDGFとIGF-Iを上皮側または内皮側に添加して培養を行い,培養系内の細胞増殖率を検討したところ上皮,内皮の存在しない対象培養系に比較して線維芽細胞の増殖率は低下していた.[考察]1.肺胞壁に類似した細胞配置や基底膜形成の存在する培養モデルを確立したことで,細胞-細胞間の関係や細胞-物質間の関係を組織形態変化との関係で把握して行くことが可能となった.2.増殖因子を添加した培養モデルで線維芽細胞の増殖が生じないことから上皮,内皮細胞層が肺胞壁でバリヤ-として機能していることが推測され,肺胞障害後に起こる肺線維芽細胞の増殖には上皮,内皮細胞層のバリヤ-の破壊がおきていることが重要であると考えられた.現在,上皮,内皮障害物質を3次元培養モデルに添加して形態および物質産生の経時的変化の検討を行っているところである.3次元培養による肺胞壁モデルを作成し,さらに培養モデルに肺胞障害後に産生される増殖因子(PDGF,IGF-I)を添加して肺線維芽細胞の増殖率を検討した.[結果]1.正常ラットから採取した肺胞上皮細胞と肺胞線維芽細胞または欠管内皮細胞と線維芽細胞をコラーゲン・ゲル内で3次元培養し,光顕で観察したところゲル内に線維芽細胞が存在しゲル表面に上皮,内皮細胞が一層配列する肺胞壁と類似の構造を示した.また電顕で観察したところ上皮または内皮細胞が配列している直下に基底模様の構造が観察され,抗ラミニンおよび抗IV型コラーゲン抗体を用いて免疫組織化学的に検討するとこの基底膜構造に一致して陽性像が認められた.2.この3次元培養モデルに対して,PDGFとIGF-Iを上皮側または内皮側に添加して培養を行い,培養系内の細胞増殖率を検討したところ上皮,内皮の存在しない対象培養系に比較して線維芽細胞の増殖率は低下していた.[考察]1.肺胞壁に類似した細胞配置や基底膜形成の存在する培養モデルを確立したことで,細胞-細胞間の関係や細胞-物質間の関係を組織形態変化との関係で把握して行くことが可能となった.2.増殖因子を添加した培養モデルで線維芽細胞の増殖が生じないことから上皮,内皮細胞層が肺胞壁でバリヤ-として機能していることが推測され,肺胞障害後に起こる肺線維芽細胞の増殖には上皮,内皮細胞層のバリヤ-の破壊がおきていることが重要であると考えられた.現在,上皮,内皮障害物質を3次元培養モデルに添加して形態および物質産生の経時的変化の検討を行っているところである.
膜乳化法により作製した多重エマルションのドラッグデリバリーシステムへの応用

多孔質ガラス膜を用いた膜乳化法により、きわめて均一な直径を有するヨウ素化ケシ油の油滴内に抗癌剤(エピルビシン)の水溶液を小水泡として包含した肝細胞癌(HCC)治療用の二重乳化型エマルションを開発した。種々の調整条件で検討した結果、polyglycerol esters of polycondensed fatty acids of castor oilとpolyoxyethylene 60 stearate(hydrogenated castor oil treated with ethylene oxide,1:60,molar ratio)の二種類の界面活性剤を用いることにより、極めて安定なダブルエマルションが得られた。このエマルションをヴァイアル中で室温下に保存した場合1カ月以上にわたって安定であった。また、乳化膜の細孔径を変えることにより、ヨウ素化ケシ油の油滴サイズを1-70μmの範囲で自由に設定できた。さらに、エピルビシン以外の薬剤を包含するための基礎実験を行い、油滴内にマイトマイシンや5-Fuの水溶液を包含することが可能となった。家兎を用いた実験により、肝動脈内に投与されたヨウ素化ケシ油の油滴サイズが70μmならば、肺への逸脱が投与量の数%以下と極めて少ないことがわかった。さらに、ヨウ素化ケシ油の油滴の直径を変えて本剤の臨床効果を検討した結果、直径70μmの油滴の場合に良好な結果が得られた。エピルビシンの1回投与量60mg、ヨウ素化ケシ油の油滴サイズ70μmという条件下に調整されたダブルエマルションを用いた肝動注療法を、HCCの術後再発例24症例に対して施行したところ、累積生存率は3年50%、5年24%であり、これまで治療困難とされた4個以上の癌腫を有する例でも3年生存率50%と顕著な効果が得られた。(1)新に設計した膜乳化機を用いて、塩酸エピルビシンをリピオドール内に包含するwater-in-oil-in-water emulsion(w/o/w)を作成した。脂肪粒子径は、きわめて均一であり、室温にて1ヶ月以上安定であることが確認された。(2)塩酸エピルビシン60mgを肝動脈内に注入した場合と、同量の塩酸エピルビシンを使用して作成したw/o/wを注入した場合では、前者の末梢血中エピルビシン濃度は後者の6倍の高値で推移した。この差は、投与されたw/o/wは、肝組織内に高率に停滞することに起因する。(3)従来不可能であった小粒径脂肪滴(10micron以下)を用いたw/o/wの作成に成功した。0.52micronの細孔を有するシラス多孔質ガラス膜を用いることにより、1.52micronの大豆油滴内に0.3micronの水滴を包含するw/o/wが安定して生成した。これは末梢静脈内に投与可能なw/o/wの実現に一歩近づいたことを意味する。(1)塩酸エピルビシン60mgとリピオドール5mlを用い、膜乳化法により70μmのリピオドール油滴内に抗癌剤水溶液を包含するW/O/Wを作製後、肝細胞癌患者の肝動脈内に注入した。動脈塞栓は行わなかった。動注は年1-4回行い、必要があればリピオドール粒子の径を40μmに変更した。(2)本治療のみによる34症例に対する長期follow upの結集、3年生存率70%が得られた。

特に、肝両葉に多発した末期癌に対する効果はこれまでの報告例に比べ顕著で、3年生存率60%が得られた。研究1[目的]Epirubicin水溶液とIPSOの混合物を均一な細孔を有する多孔質ガラス膜に通すことで得られた二重乳化型製剤(W/O/W emulsion)を肝動脈内に投与したのちの末梢静脈血中のepirubicin濃度を測定し、従来の投与法における血中濃度と比較した.[方法]肝細胞症例21例を対象に膜乳化法により作製した粒子径40micronのIPSO粒子内にepirubicin 15mg(A群,n=8)あるいは60mg(B群,n=13)を包含したW/O/W emulsionを肝動脈内に投与.投与後1,8,および24時間後の末梢静脈血を採取し、高速液体クロマトグラフィーによりepirubicinおよびその代謝産物であるepirubicinolを測定した.[結果]A群ではepirubicin,epirubicinol共に検出されなかった.B群の1,8,および24時間後の静脈血中epirubicin濃度は24.2,5.6,および3.0ng/mlであり、epirubicinol濃度はそれぞれ0.9,0.4,及び1.1ng/mlであった.[結論]Epirubicin包含W/O/W emulsionを肝動脈内に投与した場合、末梢静脈血中のepirubicin濃度は一般的に使用されている、conventional emulsionと比べて約3分の1の低い濃度であった.われわれのW/O/W emulsionではIPSO粒子の中にepirubicinが確実に包含されているためこのような結果が得られたものと思われ、抗腫瘍効果の向上や、抗癌剤の副作用の軽減に寄与する製剤と考える.研究II[目的]Epirubicin水溶液とIPSOを使用して作製した二重乳化型製剤(W/O/W emulsion)の臨床応用をおこなった.[対象症例]肝細胞癌術後の再発例20例.男女比16:4.平均年齢は62.4歳.手術から再発までの期間は5-60ヶ月(平均19.6ヶ月).臨床病期別ではI期16例、II期4例.腫瘍径は全て30mm以下.多発例は17例(85%),4個以上の多発例10例.Stage別ではStage I and II 7例、Stage III 4例、StageIV-A 9例.門脈腫瘍塞栓除去後に100個近くの結節が再発した症例が1例含まれる.[治療方法]直径40または70μmのIPSO油滴中にepirubicin60-90mgを封入したW/O/W emulsionを膜乳化法により作成し肝動脈内に注入した.治療は総計52回、1例あたり平均2.7回施行.塞栓物質は2例に各1回使用.動注療法以外の治療は行わなかった.[結果]全例3日前後の発熱あるも.重篤な副作用はなかった.再発時からの観察期間は12-63ヶ月.8例が死亡.全症例(n=20)の初回手術時起算3,5,7年生存率(Kaplan-Meier法)は60%,60%,51%,再発時起算3,4年生存率は57%,43%.4固以上再発例(n=10)とStageIV-A症例(n=9)の再発時起算3年生存率はそれぞれ51%,50%.[結論]術後再発肝細胞癌症例に対するW/O/W emulsionを用いたone shot動注療法では,PEITやTAEによる治療が困難な4固以上の多発例でも良好な効果が得られた.
光コム分光温度計によるSIの新定義に基づく温度標準の構築

本研究では、2台の光コムを用いたデュアルコム分光技術により高精度・高速温度計測システムを確立し、今年改定予定の新定義に基づく熱力学温度を具現し、現行の国際温度目盛に代わる、新たな温度標準の構築を目指す。我々はデュアルコム分光を用いた分子の吸収分光に基づく、新しい温度計測法(RDT)を提案し、室温で1 K以下の精度で熱力学温度を計測する技術を確立した。本研究では、RDT法を高精度化し、約-160 °Cから500 °Cまでの広い温度範囲を数十数mKで測定できる精密な熱力学温度計測技術を確立する。また、現行の国家標準である温度標準器と測定対象分子を直結させる新方式で、新旧の定義による温度を即時比較する。
ビトロネクチンによるタウオパチー脳萎縮制御機構の解明とイメージング薬開発

補体成分である膜侵襲複合体(MAC)がVnに相反して攻撃因子として作用することで脳萎縮に影響を及ぼすことをタウマウス実験によって確認した。Vn欠損タウマウスで認める強い海馬萎縮は、当該メカニズムに起因したものと思われた。Vnと補体系の発現バランスを調節することによってタウオパチー病態制御に繋がるものと考えられる。ヒト変異タウを遺伝子導入したタウオパチーモデルマウスの嗅内野ー海馬におけるビトロネクチン(Vn)蓄積現象は、1投射前後ニューロンがシナプスとして接合する線維層領域に認めること2シナプス前後端末の両者、或いはいずれかにVn受容体が発現していた領域に限局して認めることと、Vn沈着部位に一致してシナプスマーカーや新生神経突起伸長マーカーと共在すること3病初期とされるリン酸化タウ蓄積開始期より観察されることをそれぞれ免疫組織学的アプローチによって明らかにした。上述所見を併せて勘案するに、慢性炎症状態で病変に晒されたニューロンがVn蓄積を介してシナプス再構築を制御しようとするプロセスを観察しているものと思われる。マウスにみられる層領域とは異なるも、ヒトアルツハイマー病の前頭葉組織においてもリン酸化タウ蓄積細胞周辺層領域に同様の所見を確認しており、タウオパチーにおけるVn蓄積はモデルマウスーヒト間に共通してみられる組織修復反応であると考えている。生後14月齢タウマウスの比較検討においてVn蓄積量と脳容積間に相関関係が存在すること並びに、Vnを欠損したタウマウスは病期進行に伴い脳萎縮が促進されることから、Vn蓄積には神経保護作用を有する可能性を見込んでいる。モデルマウス病変局所における活性化ミクログリアの集積量とVn蓄積量間に相関関係があるかどうかを明らかにする為に解析法を検討中である。タウオパチーの病変領域において微小顆粒状にビトロネクチン(Vn)蓄積する現象は、その受容体であるインテグリンαサブユニット(ITGAV)が元来発現していない領域では認められず、発現していた領域に一致して確認されることを明らかにした。Vn蓄積現象はVn-受容体相互作用関係に依存することによって、領域特異的に引き起こされるものと見込んだ。そこで受容体側に観点を置き、月齢を合わせた野生型とタウマウスにおけるITGAVの発現分布を経時的に比較評価した。野生型マウス海馬では歯状回分子層にITGAV発現を認めるも、CA14の線維層には認めなかった。一方タウマウスではタウ病変を形成する9月齢頃より分子層におけるITGAV発現分布にムラを生じ、陰性だったCA14に陽性化所見の拡大を認めた。活性化ミクログリアやアストロサイトマーカーを重染することにより、これらが陽性化の正体であることを確認した。タウマウス分子層ではニューロン由来に加えてグリア由来のITGAV発現が増加した訳だが、進行期には分布にムラが生じてむしろ減少した印象を持った。ニューロン由来と思われるITGAV発現量が減少するに伴い、Vn蓄積が増加するものと思われた。タウオパチーによってニューロン由来ITGAV発現低下を及ぼし、細胞表面での取り込みおよび細胞内輸送低下を呈した結果、Vn蓄積現象として認めるものと考えられた。ITGAVはニューロン、活性化グリア両者に発現する。ニューロン由来に限定したITGAVを表現する特異的なマーカーを見出すことで、当該現象のメカニズムをより明瞭にすることが出来ると思われた。タウオパチーにおけるVnの蓄積並びに脳萎縮制御機構において、Vn蓄積現象を受容体相互作用に視点を置き、受容体側の発現分布を評価した。ニューロンにおけるVn蓄積に相反してニューロン由来の受容体発現が減少することを見出した。本研究は順調に進展していると判断する。炎症の際には補体が活性化し、膜侵襲複合体(MAC)が形成され細胞の破壊に寄与することが知られている。またビトロネクチン(Vn)はMAC形成阻害作用を有することが明らかにされている。そこで当病態においてもMACが攻撃因子として関係性が成立するのか評価した。14月齢の野生型、海馬弱萎縮タウマウス、強萎縮タウマウス、Vn欠損タウマウスの海馬スライスに免疫組織化学染色法を施して、神経軸索およびMACの発現レベルを比較した。その結果、野生型および海馬弱萎縮タウマウスの歯状回では神経軸索の発現が保たれているも、強萎縮タウマウス、Vn欠損タウマウスでは発現が低下していた。一方、野生型および弱萎縮タウマウスの歯状回ではMAC発現が低下していたが、強萎縮タウマウス、Vn欠損タウマウスでは発現が増加していた。このことからタウオパチー海馬萎縮に寄与する軸索の消失とMAC発現間に相対関係があることを確認した。また、14月齢のタウマウス海馬切片を層毎に比較して観察すると、弱萎縮タウマウスではVnが蓄積している歯状回分子層でのMAC発現が低く、Vnが蓄積していないCA1では増加していた。その一方で、海馬萎縮が強い個体ではCA1だけでなく歯状回分子層にもMAC発現増加が及んでおり、Vn欠損タウマウスも同様の結果であった。またVnが蓄積したタウマウスの海馬に局在するグリアにはC5a受容体の発現が低下している一方で、Vn欠損タウマウスの海馬では補体C5a受容体陽性グリアの発現増加を認めた。Vnが蓄積する局所では補体侵襲に伴う炎症や細胞破壊が制御されているものと見込んでいる。

タウオパチーにおけるVn蓄積現象は病態進行に抗する生理的な防御反応であり、個々のタウマウスで引き起こされるこれら一連の現象の程度の違いがイメージングで計測される脳萎縮程度の個体差として反映されたものと思われた。補体成分である膜侵襲複合体(MAC)がVnに相反して攻撃因子として作用することで脳萎縮に影響を及ぼすことをタウマウス実験によって確認した。Vn欠損タウマウスで認める強い海馬萎縮は、当該メカニズムに起因したものと思われた。Vnと補体系の発現バランスを調節することによってタウオパチー病態制御に繋がるものと考えられる。タウオパチーにおけるVnの蓄積並びに脳萎縮制御機構において、モデル動物とヒト間に共通して認められる現象であることを明らかにしており、本研究は順調に進展していると判断している。Vnが神経保護的に病変領域に蓄積するものと報告したが、Vnとグリア間の相互作用機構を追及することで、より具体的な神経保護メカニズム解明に繋げることが出来るものと見込んでいる。Vn蓄積現象が受容体相互作用に関連して発生するならば、中枢神経疾患に限らず末梢神経筋疾患や他臓器疾患にも起こり得るかもしれず、確認したいと考えている。神経科学本件で掲げる病態解明において、報告しているVn蓄積様式は細胞外蓄積であると見込んでいる。免疫学的電子顕微鏡観察等によって明らかにしたいと考えている。Vn蓄積をpromoteする分子が存在する可能性を見込んでおり、当該分子を探索する。並行して同機構を可視化するイメージング剤開発を行なう。Vn蓄積現象がアルツハイマー病に特異的なものなのか、ピック病のような他のタウオパチーでも起こり得るのか。また、当該疾患以外(パーキンソン病等変性疾患やてんかん、統合失調症やうつ病等精神疾患、外傷性感覚器障害など)にも当メカニズムが関与しているのかを確認したい。ニューロン由来のITGAVを表現する特異的なマーカー探索を行いたいと考えたが、所属異動のタイミングが重なったために次年度に繰り越すこととした。脳内タウ変性とVn蓄積反応の関係を明らかにしたく外部委託業者による末梢循環血中Vnの中枢移行調節実験を計画したが、実験の具現化について合意に至らず、白紙に戻した。探索作業を行うことによって、タウオパチー病態の鍵となる因子を同定したいと考えている。タウTet on/offシステムを導入した、後天的に遺伝子発現を調節できるモデルマウスを使って脳内タウ変性とVn蓄積反応の関係を明らかにしたいと考えている。