hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高エネルギー陽子原子核衝突における光子生成とカラーグラス凝縮

まずは光子を含む横偏極陽子のシングルスピン非対称(SSA)について研究を行った。原子核と陽子の衝突を考え、原子核から放出される実光子と横偏極した陽子の衝突(ultraperipheral collisions、UPC)におけるSSAを計算した。これは深部非弾性衝突(DIS)のSSAにおいて光子のvirtualityがゼロの極限をとることで計算でき、この極限を注意深く取り、すべての量が有限になることを確認した。得られた結果の数値計算には最新のtransversity distributionとツイスト3の破砕関数を用いた。結果、正負両方の電荷を持つパイ中間子のSSAが、陽子陽子衝突の場合に比べて符号が逆転するという現象を発見した。この予言はRHICにおいて実験的に確認することができる。これらの結果を論文にまとめてPhysical Review Dに投稿し、アクセプトされた。また、最近測定された陽子と原子核のSSAにおける原子核の質量数依存性について研究を開始した。この質量数依存性は2つの実験グループからのデータで相反しているように見えており、その機構の解明が待たれる。この研究ではカラーグラス凝縮効果を通じて質量依存性を取り入れ、SSAの計算結果をRHICのSTAR、PHENIXコラボレーションの結果と比較した。得られた結果を論文に投稿した。この他にもLHCでの陽子・陽子衝突からの光子生成反応におけるグルーオン分布効果についての研究を進めており、論文をPhysics Letters Bに発表した。光子を含む過程のシングルスピン非対称については共同研究が順調に進み、2018年6月に論文を発表、Physical Review Dに投稿した(外国人特別研究員(研究分担者)の着任は前年の11月)。多少レフェリーと揉めたが無事に掲載された。2018年4月には神戸で行われた国際会議DIS2018に参加し、そこでRHICのPHENIXコラボレーションによる陽子原子核衝突に関する最新結果を知った。結果はSSAが原子核の質量数Aに関してA^{-1/3}のように抑制されるという驚くべきものであり、STARコラボレーションによる同様の実験の結果と相反するように見えた。その後外国人特別研究員らはPHENIXコラボレーションからこの観測量について理論計算を行うことを打診され、急遽この問題に取り組むことになった。Balitsky-Kovchegov方程式の数値解を用いて原子核内のグルオン飽和の効果を取り入れ、SSAの計算を行ったところ、STARの実験結果はおおむね再現できたが、PHENIXの結果は再現できなかった。結果をまとめてPhysical Review Dに投稿した。さらに台湾Academia SinicaのHsiang-nan Li教授と共同研究を新たに開始し、摂動の2ループで現れる新しいSSAへの寄与を現在計算している。このように本研究課題は当初の予定より速く展開し、当初には想定していなかった新しい2つの新しいテーマに取り組んでおり、順調である。Li教授との共同研究を完成させる。Semi-inclusive DIS (SIDIS)を考え、摂動の2ループで現れる新しいSSAを計算する。このためにまずはすべての2ループダイアグラム(数十個)を一つ一つ吟味し、SSAに寄与するダイアグラムを選定する。それらのダイアグラムがQED,QCD両方のWard-Takahashi恒等式を満たすかどうかをチェックする。満たさない場合はゲージ対称性が失われており、発散がキャンセルしていないため、このチェックは極めて重要である。さらに得られた結果を数値的に評価し、これまでに知られている他のSSAの寄与との比較を行う。得られた結果を論文にまとめて雑誌に投稿する。特別研究員のBenic氏は11月下旬に着任したので平成29年度の勤務は4か月程度であるため、出版物という意味での成果はまだない。しかし、私との共同研究テーマである、陽子原子核衝突におけるシングルスピン非対称(SSA)の研究は着々と進んでいる。SSAとは、陽子が横偏極している(陽子のスピンが進行方向に垂直な方向を向いている)場合の終状態のハドロンの左右非対称のことであり、陽子のスピン構造を調べる上で重要な役割を担う。我々は特に光子(フォトン)が含まれる過程に興味を持っており、手始めにultraperipheral collision(UPC)という、陽子と原子核がかすり衝突をする過程での軽いハドロンのSSAを、コリニアー因子化の枠組みで計算している。また、オデロンと呼ばれる3グルオンの束縛状態の交換による寄与も考慮にいれている。UPCでのSSAをコリニアーな枠組みで計算するのは世界初であり、SSAの起源に対する新しい知見が得られることが期待できる。陽子と原子核がultrapheripheral衝突をした場合のシングルスピン非対称(SSA)の計算を行っている。UPCにおいては原子核はほとんど質量殻上の光子の集まりとみなすことができる。したがって、これまでに得られている深非弾性散乱(DIS)のSSAの公式において光子のvirtualityがゼロの極限をとり、UPCの場合のSSA断面積の公式を導いた。この極限で断面積の公式が非常に簡略化されることを見つけた。またそこに現れる各種ツイスト3のコリニアー分布関数(Qiu-Sterman関数、twist-three破砕関数)のフィットを用いて、それらのQCD発展方程式まで考慮してSSAを数値的に評価した。これらをもとに現在論文をまとめているところである。

これは深部非弾性衝突(DIS)のSSAにおいて光子のvirtualityがゼロの極限をとることで計算でき、この極限を注意深く取り、すべての量が有限になることを確認した。得られた結果の数値計算には最新のtransversity distributionとツイスト3の破砕関数を用いた。結果、正負両方の電荷を持つパイ中間子のSSAが、陽子陽子衝突の場合に比べて符号が逆転するという現象を発見した。この予言はRHICにおいて実験的に確認することができる。これらの結果を論文にまとめてPhysical Review Dに投稿し、アクセプトされた。また、最近測定された陽子と原子核のSSAにおける原子核の質量数依存性について研究を開始した。この質量数依存性は2つの実験グループからのデータで相反しているように見えており、その機構の解明が待たれる。この研究ではカラーグラス凝縮効果を通じて質量依存性を取り入れ、SSAの計算結果をRHICのSTAR、PHENIXコラボレーションの結果と比較した。得られた結果を論文に投稿した。この他にもLHCでの陽子・陽子衝突からの光子生成反応におけるグルーオン分布効果についての研究を進めており、論文をPhysics Letters Bに発表した。光子を含む過程のシングルスピン非対称については共同研究が順調に進み、2018年6月に論文を発表、Physical Review Dに投稿した(外国人特別研究員(研究分担者)の着任は前年の11月)。多少レフェリーと揉めたが無事に掲載された。2018年4月には神戸で行われた国際会議DIS2018に参加し、そこでRHICのPHENIXコラボレーションによる陽子原子核衝突に関する最新結果を知った。結果はSSAが原子核の質量数Aに関してA^{-1/3}のように抑制されるという驚くべきものであり、STARコラボレーションによる同様の実験の結果と相反するように見えた。その後外国人特別研究員らはPHENIXコラボレーションからこの観測量について理論計算を行うことを打診され、急遽この問題に取り組むことになった。Balitsky-Kovchegov方程式の数値解を用いて原子核内のグルオン飽和の効果を取り入れ、SSAの計算を行ったところ、STARの実験結果はおおむね再現できたが、PHENIXの結果は再現できなかった。結果をまとめてPhysical Review Dに投稿した。さらに台湾Academia SinicaのHsiang-nan Li教授と共同研究を新たに開始し、摂動の2ループで現れる新しいSSAへの寄与を現在計算している。このように本研究課題は当初の予定より速く展開し、当初には想定していなかった新しい2つの新しいテーマに取り組んでおり、順調である。まずはUPCの論文を完成させる。
歯科材料の簡易・高感受性細胞毒性試験法の開発

歯科材料の為害性を適確に簡易に高感度に予知できる細胞毒性試験法を開発するために、1)臓器特性を有する試験細胞を開発し、2)試験法の検出力、簡便性の検討、3)高感度毒性指標について検討を行った。1.試験細胞の開発:(1)ヒト抜去歯から分離した歯髄細胞を培養しSV40large Tとgeneticin耐性遺伝子PSV1-neoからなるプラスミドpMT1-neoをリン酸カルシウム共沈法で導入して多数のコロニーを分離し、それらの中から増殖性が高く、アルカリ性ホスファターゼ(ALPase)活性の高いコロニーを選択して100代以上の継代を続け、歯髄由来樹立細胞株を得てLSC細胞と命名した。LSC細胞は骨/肝/腎型ALPaseを歯髄組織と同程度保有し、その活性は1α、25(OH)_2D_3等の添加により促進された。またビタミンC存在下でコラーゲン合成能を示した。(2)マウス頭頂骨から単離した細胞を培養し、1週間後に(1)と同様にpMT1-neoを導入し、ALPase活性の高いコロニーを60-100代の継代培養を続け樹立細胞株3種を得、DMCs,LMCs,VMCs細胞と命名した。これらの細胞は1)マウス腹腔内に8週間理殖したディフュージョンチャンバー内で石灰化骨基質を形成し、2)ノーザンブロッティング法によりI型コラーゲン、オステオポンチン遺伝子(mRNA)の発現を認めた。2.毒性試験法について、本研究で開発したLSC細胞とHeLa、L細胞を用いてニュートラルレッド法(NR法)、MTT法、寒天重層法、ミリポアフィルター法の4法を比較検討した。塩化ニッケルの細胞毒性の検出力は、NR法=MTT法>>寒天重層法の順であり、試験法の簡便性はMTT法及びNR法が優れていた。毒性試験の再現性はMTT法の方がNR法に比較してやや良好であった。試験細胞の感受性はL=HeLa>LSCの順であった。3.毒性指標として細胞内Caイオン量[Ca^<2+>]iについて検討した。Fura-2AMを負荷した腎尿細管由来JTC-12細胞において6.25μM以上のHgC1_2により、[Ca^<2+>]iは投与5秒後より用量依存性の(非可逆的)上昇が認められた。[Ca^<2+>]iは、高感度毒性指標となりうることが判明した。歯科材料のヒトにおける安全性をより適確に、より高感度で予知できる細胞毒性試験法を開発するためにその基本となる臓器特性を有する高感受性の歯髄由来の試験細胞の開発を遺伝子工学的手法を導入して試みた。さらに得られた培養細胞の歯髄細胞としての分化機能の維持について検討した。1.ヒト抜去歯より分離した歯髄細胞を10%

血清添加Dulbecco改変Eagle培地中で培養した。培養歯髄細胞に対し、SV40ウィルスDNAのlarge T領域とgenticin耐性遺伝子領域PSV2neoからなるpMT1-neoをカルシウム,リン酸共沈法で導入し、多数のコロニ-を分離した。増殖性が高く、アルカリホスファタ-ゼ活性の高いコロニ-を選択し、長期継代培養続けることにより100代以上継代可能な歯髄由来樹立細胞株を得ることに成功し、LSC細胞と命名した。2.LSC細胞は線維芽細胞株形態を有し、軟寒天培地中で増殖不能であり、染色体数はモ-ド63で部分形質転換細胞であった。また、アルカリホスファタ-ゼ活性を歯髄組織と同程度保有していた。同酵素は熱変性、阻害剤に対する反応から骨/肝/腎型であり、その活性は対数増殖期で低く、増殖静止期に最大となった。アルカリホスファタ-ゼ活性は1α、25(OH)_2ビタミンD_310^<-9>またはβ-グリセロリン酸5mMとビタミンC50μg/ml添加で促進された。またビタミンC存在下でコラ-ゲン合成能を示した。以上のことからLSC細胞は歯髄組織の特性を部分的に保有している細胞であり、歯科材料の毒性試験用細胞として有用と考えられ、今後毒性試験への応用を試みる予定である。歯科材料の為害性を適確に高感度に予知できる細胞毒性試験法を開発するために試験細胞を開発し、得られた試験細胞の同定を行った。1.マウス頭頂骨由来細胞:1週齢マウスの頭頂骨より単離した細胞を培養し、1週間後にSV401argeT遺伝子を含むプラスミドpMT1ーneoをリン酸カルシウム共沈法により導入した。その後geneticin400μg/ml含有培地によるセレクションを経て得られたneomycin耐性細胞のコロニ-からアルカリフォスファタ-ゼ(ALPase)陽性のコロニ-を分離培養した。各コロニ-について週1回の継代培養を続け、現代22代目が増殖中である。継代6代目細胞のALPase活性はコロニ-C,I,Lでそれぞれ0.460,0.630,0.135K.A.U./mg蛋白であり、骨芽細胞の機能を保持していた。2.ウサギ腎由来細胞:ウサギ(1kg,♂)から腎を切り出し、コラゲナ-ゼ処理によって得られた腎尿細管から外生した細胞について、前記と同様に遺伝子導入操作を行い、長期継代可能な細胞株3種を得て、凍結保存した。1部の細胞については週1回の継代培養を続け、現代35代目が増殖中である。これら細胞株と昨年度得られた歯髄細胞について細胞毒性試験法への応用について検討中である。以上、骨、腎より臓器機能を有する細胞株を開発し、本年度の研究実施計画は予定通り達成された。歯科材料の為害作用を高感度に予知できる細胞毒性試験法を開発するために本年度は骨原性の培養細胞の樹立および同細胞の特性の検索ならびに高感度毒性指標としての細胞内Caイオン[Ca^<2+>]i計測を行った。1.マウス頭頂骨細胞:1週齢マウスの頭頂骨から単離した培養細胞にSV40 large T遺伝子を含むプラスミドPMT1-neoを遺伝子導入した。neomycin耐性コロニ-群からアルカリ性ホスファタ-ゼ(ALPase)強陽性コロニ-を分離培養して継代を続け、約50代に達した細胞をディフュ-ジョンチャンバ-内に入れてマウス腹腔内に埋植し、89週後にチャンバ-を摘出し、組織学的・組織化学的に骨形成を検索した。埋植したコロニ-DとV細胞は類骨組織を形成した。
エピゲノム制御を介した生体内エネルギー状態に応じた遺伝子発現調節機構の解明

本研究の目的は、生体内エネルギー状態に応じた遺伝子発現の制御機構を理解することにあり、特に、エピゲノムレベルでの制御の可能性を検討する。具体的には摂食時に発現が上昇する遺伝子に関して、転写因子の活性制御だけでは説明のつかない遺伝子に着目し、ヒストンアセチル化やメチル化等のヒストンコードやDNAメチル化状態について解析を行う。はじめにマイクロアレイを用いて網羅的な遺伝子発現解析を行い、その結果を用いてエピゲノムレベルでの解析を進めた。絶食・再摂食で発現が顕著に変化する遺伝子の探索を行うために、オスの7週齢C57BL/6Jマウスを1自由摂食群、224時間絶食群、324時間再摂食群(24時間絶食後、24時間再摂食させた群)、448時間再摂食群(24時間絶食後、48時間再摂食させた群)の4群に分けて検討を行った。その結果、再摂食時に発現が上昇した遺伝子にはSREBP-1cの標的遺伝子が、一方で発現が減少した遺伝子の中にはCREBやPPARαの標的遺伝子がそれぞれ含まれており、これまでに報告されている絶食・再摂食時に観察される転写因子の活性上昇が確認された。また、再摂食時に発現が上昇した遺伝子を分類したところ、2つのパターンに分けられた。一つは、224時間絶食群と比較して、324時間再摂食群で遺伝子発現が上昇し448時間再摂食群で変化がなくなった一過性のもので、もう一つは発現が324時間再摂食群、448時間再摂食群で持続的に発現が上昇したものである。一方、再摂食時に発現が低下した遺伝子の場合でも同様に2つのパターンに分けられた。いくつかの遺伝子領域のヒストン修飾を検討したところ、遺伝子発現パターンとヒストンアセチル化レベルの相関が観察される領域とされない領域に分かれた。今後さらに、エピゲノムレベルでの制御を解析していく予定である。具体的には、摂食時に発現が上昇する遺伝子に関して、転写因子の活性制御だけでは説明のつかない遺伝子に着目し、ヒストンアセチル化やメチル化等のヒストンコードやDNAメチル化状態について解析を行う。はじめにマイクロアレイを用いて網羅的な遺伝子発現解析を行い、その結果を用いてエピゲノムレベルでの解析を進める。さらに、見出したエピゲノム制御と病態との関連についても解析を行う。はじめにマイクロアレイを用いて、摂食状態に応じたそれぞれの遺伝子発現のパターンをクラス分けする。これにより着目する遺伝子を選別する。着目した遺伝子についてエピゲノムレベルでの解析を行う。本年度は、再摂食時に発現が持続的に変動する遺伝子の網羅的探索をマイクロアレイを用いて解析した。得られた結果を分類し、以下の基準に当てはまる遺伝子を選別した。(A)再摂食24、48時間において遺伝子発現が大きく上昇している遺伝子(B)再摂食24、48時間において遺伝子発現が大きく低下している遺伝子(C)自由摂食群と比較して遺伝し発現が大きく上昇している遺伝子(D)自由摂食群と比較して遺伝し発現が大きく低下している遺伝子さらに、同じサンプルを用いてリアルタイムPCRを行い、マイクロアレイの結果の正確性を確認したところ、その正確性が確認できた。目標通りに遺伝子の分類を行うことができた。昨年度に明らかにした結果をふまえ、本年度は再摂食により発現が持続的に変動した遺伝子に着目し、それらの転写制御機構を解析した。具体的にはSaa1(Serum amyloid A1)遺伝子やPgd(Phosphogluconate dehydrogenase)遺伝子等の標的遺伝子のプロモーター領域をクローニングし、各種核内受容体やSREBPによる制御の可能性を検討したが、制御機構の同定には至らなかった。現在、さらに上流のプロモーター領域およびイントロン配列に着目し解析を継続することに加え、再摂食時に活性が変動する他の転写因子の関与についても解析を行っている。また、アセチル化ヒストン(H3K9, H3K14)およびメチル化ヒストン(H3K4me1, 2, 3)認識抗体を用いてChIPアッセイを行い、絶食および再摂食時における標的遺伝子プロモーター領域のヒストン修飾レベルを測定し、来年度の解析に向けた基礎データを得た。来年度に向けた基礎データを得ることができた。絶食・再摂食で発現が顕著に変化する遺伝子の探索を行うために、オスの7週齢C57

BL/6Jマウスを1自由摂食群、224時間絶食群、324時間再摂食群(24時間絶食後、24時間再摂食させた群)、448時間再摂食群(24時間絶食後、48時間再摂食させた群)の4群に分けて検討を行った。その結果、再摂食時に発現が上昇した遺伝子にはSREBP-1cの標的遺伝子が、一方で発現が減少した遺伝子の中にはCREBやPPARαの標的遺伝子がそれぞれ含まれており、これまでに報告されている絶食・再摂食時に観察される転写因子の活性上昇が確認された。また、再摂食時に発現が上昇した遺伝子を分類したところ、2つのパターンに分けられた。一つは、224時間絶食群と比較して、324時間再摂食群で遺伝子発現が上昇し448時間再摂食群で変化がなくなった一過性のもので、もう一つは発現が324時間再摂食群、448時間再摂食群で持続的に発現が上昇したものである。一方、再摂食時に発現が低下した遺伝子の場合でも同様に2つのパターンに分けられた。いくつかの遺伝子領域のヒストン修飾を検討したところ、遺伝子発現パターンとヒストンアセチル化レベルの相関が観察される領域とされない領域に分かれた。今後さらに、エピゲノムレベルでの制御を解析していく予定である。当初の研究計画の流れに従い、研究を推進していく。リアルタイムPCR用のプライマー設計に時間がかかり、関連試薬の購入が遅れたため。評価系の確立が当初の予定よりも時間がかかり、来年度にずれ込んだため。来年度に予定している計画に加えて実施する。設計完了の目処はたっているので、順次購入する予定である。
慢性造血器腫瘍における細胞増殖・生存・死の平衡とその制御

慢性造血器腫瘍では長期間腫瘍細胞数が一定に保たれ、細胞増殖と細胞死が均衡を保っていると考えられる。本研究ではこの均衡がいかに保たれているかを探ることにより慢性造血器腫瘍の病態の理解と治療法の開発の糸口を見い出すことを目的とした。近年、腫瘍細胞の増殖に加え、細胞死とくに積極的な細胞死(アポトーシス)という現象が明らかにされつつあるが、本研究では無血清培養によりアポトーシスを無刺激下に観察しうるin vitro実験系を確立した。慢性リンパ性白血病(CLL)および成人T細胞白血病(ATL)細胞のアポトーシスは副腎皮質ホルモン、protein kinase A activator(PKA)により促進、インターロイキン2(IL2)で抑制された。これらの結果は慢性造血器腫瘍細胞の増殖のみならず、細胞死も種々の生体内因子により調節されていることを示す。また、細胞周期のチェックポイントに働いてアポトーシスを調節しているp53遺伝子の変異をATLで高頻度に見い出した。その異常は急性型、急性転化型で高率であるのに対し、慢性型ではまれであることからATLの発症病型、病期の進展に深く関わっていることを示すとともに、慢性型におけるアポトーシスにp53が関与していることを示唆する。さらに本研究ではATL以外の本邦慢性T細胞性白血病症例の一部にEBウイルスが関与していることも明らかにした。B細胞やNK細胞以外にT細胞においてもEBウイルスが発症に関わっていることを示すとともにその発症にはバ-キットリンパ腫と同様に細胞因子が関与していることを示唆するものである。このように慢性造血器腫瘍においてはその細胞増殖のみならず細胞死(アポトーシス)が外的および生体内因子により調節されていることが明らかである。今後はアポトーシスの誘導などによる新しい治療の開発へ研究が進展することが期待される。慢性リンパ性白血病は本邦では症例数が少なく、まだ十分な解析ができていないので、本年度は成人T細胞白血病(ATL)慢性型を中心に解析を進めた。ATLは通常CD4陽性の活性化T細胞の腫瘍であるが、我々はCD4陰性CD8陰性ATL例を4例見い出した。4例いづれもT細胞レセプター(TCR)αβ鎖を発現しており、CD4陽性ATLでは陰性のS100β蛋白の発現もみられ、新しいT細胞サブセット由来のATLと考えられた。CD4陰性ATLにおいてもCD4陽性例と同様に細胞表面のTCRαβの発現は低下しており、OKT3抗体によりその発現低下は増強した。この現象は他のT細胞腫瘍ではみられないことから、ATLではCD4の有無に関わらず、その発症、細胞増殖にTCRαβを介した何かの刺激が重要な役割を果たしていると考えられた。また、慢性リンパ性白血病のうち、顆粒リンパ球白血病は通常、緩やかな経過を辿るが、我々は急速な経過を示したCD8陽性顆粒リンパ球白血病例を経験し、そのDNA解析からEBVの単クローン性組み込みを証明し得た。慢性リンパ性白血病例の急性増悪にEBVが関与している可能性を示唆する興味深い知見と考えられる。一方、細胞死に関してはATLおよび慢性リンパ性白血病細胞のin vitro培養において無添加で約30%前後の細胞にDNA断片化によるアポトーシスを観察した。この過程は副腎皮質ホルモンで促進され、IL2で抑制されることも判明した。このアポトーシスが何によって制御されているか、現在解析中である。ATL細胞はアポトーシスに関与するFas抗原を全例発現するCD45Ro陽性細胞であることから、その他の分子との相互作用の検討が必要である。

一方、P53遺伝子の点突然変異をATL細胞で証明したが、慢性型と急性型との経過による変化を検討中である。さらに、細胞増殖・死に関わる新しい分子の単離を染色体切断点遺伝子の単離により進めている。本年度は、造血器腫瘍細胞のアポトーシス(programmed cell death)を無刺激下に観察しうるin vitro実験系を確立した。すなわち、無血清培養によりB細胞性慢性リンパ球白血病(B-CLL)、T細胞性慢性リンパ性白血病(T-CLL)ともに無刺激下でアポトーシスを観察した。B-CLL、T-CLL細胞はいづれも約30%のDNAが無刺激下に断片化していた。このアポトーシスは副腎皮質ホルモン、protein kinase A activator(PKA)で促進され、インターロイキン2で抑制されることが明らかになった。また成人T細胞白血病(ATL)細胞においても無血清培養で観察されるアポトーシスは副腎皮質ホルモンPKAで亢進し、インターロイキン2では抑制された。これらの結果は慢性造血器腫瘍細胞の増殖のみならず、細胞死も種々の生体内因子により調節されていることを示している。また、アポトーシスに関与していることが知られているp53遺伝子についてはその点突然変異がATLにおいて高頻度に観察されることをすでに報告したが、慢性型ATLでは少なく、急性型ATLに多いことから病期の親展に関与している可能性が高い。現在、p53と細胞周期の関係を解析するために、p53のコントロールにより細胞周期に直接働くgadd45、WAF1などの分子について検討中である。さらに造血器腫瘍細胞の増殖・死に関係してる可能性のある遺伝子として12番染色体上の欠失、転座をきたす新しい遺伝子のcDNAを単離し、現在構造決定中である。今後はこれらの遺伝子や蛋白の変異に着目し、新たな治療法を開発する目的で、これらの分子の細胞周期への関わりを各種造血器腫瘍細胞で解析していく予定である。本年度はまず、昨年までに確立した無血清培養によりアポトーシス(programmed cell death)を観察しうるin vitro実験系を用いて、抗癌剤として臨床応用が期待されるトポイソメラーゼI阻害剤による細胞死の誘導の有無を検討した。その結果、トポイソメラーゼI阻害剤は用量および時間依存性に各種造血器腫瘍細胞株においてその細胞死を誘導しうることが証明された。その抗腫瘍効果の少なくとも一部はアポトーシスの誘導によるものであり、臨床応用にあたって、併用薬や投与法によってその効果を高めうる可能性が示唆された。成人T細胞白血病(ATL)はHTLV-Iと呼ばれるレトロウイルス感染者に発症する成熟T細胞腫瘍であるが、キャリアーの数%に年余の潜伏後発症することから、HTLV-I以外に多くの因子がその発症に関わっていると考えられる。また典型的な急性型、リンパ腫型以外にくすぶり型、慢性型があり、後二者は急性転化をきたすというように病状も多彩である。ATLによるアポトーシスの解析により細胞死を抑制するインターロイキン2(IL2)やPKC活性化因子が腫瘍細胞の増殖をきたし、発症へつながる可能性が高いことが示唆された。
ラテンアメリカ日系人の適応とアイデンティティに関する研究〜留学生の調査を通して

当初の計画に沿い、4年間の総計で、男性45名、女性39名の、ラテンアメリカからの留学生に、MMP1のスペイン語版(ブラジルについてはポルトガル語版)と、神経質調査表のスペイン語版を施行した。上記テスト結果を個別にフィードバックする機会に、23時間面接。現地諸国(アルゼンチン、メキシコ、ペルー、パラグアイ、ブラジル)における、それまでの生活体験と、日本に来てからの体験について話を聞き、資料の収集を進めた。また、必要に応じてその後何度か会い、継続面接を行なった。心理テスト結果については、日本人との間にそれほど大きな違いがないことが判明したが、これはよく考えると、むしろ、日系人の日本人との近縁性を示している資料とみなすこともできる。日系人がそのパーソナリティにおいて、現地人より日本人に近いと考えられる面は、とくに神経質調査表に表れているが、ちなみに、日本の対人恐怖症状に似た困難を訴える人が何人かいたほどである。日系人留学生においては、日系人労働者らと比べると、精神的に比較的安定しており、すでに社会における実績を積んできている、といった印象を受ける。一方で、面接資料を通じて明らかになったこととして、アイデンティティに関わる葛藤を抱えている点は、日系人一般と同様と思われる。「現地では日本人とみなされ、日本では外国人とみなされる」と語る人も少なくない。これはわるくすると、「いずれの国においても外国人として扱われる」ということであり、この状況は、精神的葛藤や病理につながる潜在性を蔵しているといえよう。今回の調査を通じて、今後も日系人の精神的諸問題を継続調査することが、むしろ日本人の義務であるとの感を強くした。ラテンアメリカ諸国からの日系人留学生20数名に、MMPI(Minnesota Multiphasic Personality Inventory)のスペイン語版とポルトガル語版を施行し、その結果をパソコンの表集計ソフトで処理、グラフ化(プロフィール化)している。同時に、神経質調査表も施行、これは森川療法学会で開発され、その後、申請者がスペイン語に翻訳し、これまで他の調査研究でも活用してきたもので、その調査結果は森川療法学会雑誌に掲載されており、すでにある程度確立した質問紙法である。パソコンで処理し、プロフィール化したものを本人(被検者)と一緒に見ながらフィードバック、それと同時に面接調査を実施している。この方式がかなり有効であることは、本人が自分の検査結果を知りたいという動機がすでにあり、そこから面接に自然に入っていけるという点に存する。また、日系人は小さい時から、日本と現地諸国に狭間におかれ、「自分とは何か」という問いをこれまで抱いてきた人が多く、自分を知りたいという欲求を持っていることが、面接を通して分かった。ラテンアメリカからの移民がもっとも多い県である、沖縄県の県立図書館へ出向き、移民関係の資料を閲覧、収集し、それと本調査結果をつきあわせて検討、また、日本からいちばん近いラテンアメリカの一国メキシコへ出向き、日墨協会理事らとともに資料を検討し、その正確さを期した。本調査研究は4年間の継続で行なわれるものであるが、初年度、第一段階としては、十分な資料の蓄積がなされ、今後の分析の基礎と方向づけができたものと考えられる。前年度に続き、ラテンアメリカ諸国からの日系人留学生に、MMPI[スペイン語版/ポルトガル語版]を施行した。前年度来日の20数名に加え、今年度来日の20名に施行。第1の目的は、前年度のグループに昨年施行したMMPIの結果と、今年度の結果を比較し、1年後の経過を調査することにある。第2の目的は、今年度来日グループのMMPI結果を得て、それを前年度グループの昨年のMMPI結果と比較することである。加えて、森田療法学会で開発され、申請者がスペイン語とポルトガル語に翻訳した、神経質調査表も施行した。この神経質調査表により、ラテンアメリカ日系人における対人恐怖傾向を調査し、日本人との近縁性を検討することが第3の目的であるが、いまのところ、対人恐怖傾向が示唆される結果がある程度出ており、興味深いものがある。

上記の諸結果を、パソコンの表集計ソフトで処理、グラフ化(プロフィール化)し、プロフィールを本人(被検者)と一緒に見ながらフィードバック、その機会に面接調査を実施している。また、ビデオ・カメラにより動画資料を蓄積し、分析しつつあるのと同時に、パソコンとプリンターにより、静止画資料の蓄積、分析も行なっている。さらに、欧文読み込み(OCR処理)のできるワープロにて、欧文資料の整理を進めている。また、那覇の県立図書館へ出向き、移民関係の資料を閲覧、収集し、それと本調査結果をつきあわせて検討、加えて、メキシコの日墨協会理事らとともに資料を検討し、その正確さを期している。本調査研究は4年間の継続で行なわれているが、その中間段階として、多面的、十分な資料の蓄積が得られつつある。当初の予定に沿い、今年度は全体として、昨年度と同じ形式の調査を継続することで、資料の連続性と量的増大化を図った。すなわち、ラテンアメリカ諸国からの日系人留学生に、MMPIのスペイン語版とポルトガル語版を施行、昨年度来日の20名に加え、今年度来日の20数名に実施した。昨年度のグループに昨年施行したMMPI結果と今年度の結果を比較、1年後の経過を検討した。さらに、今年度グループのMMPI結果と、昨年度グループの結果を比較検討した。また、昨年同様に、神経質調査表のスペイン語版とポルトガル語版を施行し、上記のMMPI結果と合わせて、パソコンの表集計ソフトを用いてデータベース化した。それにより、上記の比較検討が容易となり、また、グラフ化(プロフィール化)も自動的にでき、各受検者へ視覚的にフィードバックすることが可能となって、面接に効果的に導入できるという利点が得られている。なお、神経質調査表による調査の結果、日系人にも、神経質傾向がいくらかみられることが示唆されたが、これはとくに昨年と今年の調査で明らかになった点である。今年度購人のデジタルカメラ、スキャナー、ICレコーダー、モバイルプリンターを、十分に活用し、日本国内(とくに沖縄)や、メキシコの日墨協会に出張の際に持参し、活用してきた。本調査研究は、4年間の継続で、あと1年を残しているが、現段階として、十分な資料の蓄積がなされつつあり、次年度の最終処理と比較検討を実施できる見込みがついたことが、今年度におけるとくに大きな成果であったと考えられる。今年度は調査の最終年度であるため、資料の充足と収集完結を目標とし、さらに、これまでに蓄積してきた資料の検討、分析に力をそそいだ。これまでと同じ方式で、ラテンアメリカからの日系人留学生に、MMP1のスペイン語版とポルトガル語版を施行、20余名の資料が得られた。同時に、神経質調査表のスペイン語版とポルトガル語版を実施、やや異なった2つの側面からのデータ収集ができた。表集計ソフトにデータを組み込み、これまでに蓄積した資料と一体化し、分析のための基礎が整った段階にある。また、上記の心理テスト結果について、各日系人にフィードバックする際、構造化された面接を実施し、必要な資料の収集を図った。
悪性高熱症素因者新規同定法の開発

健常人末梢血単核球より磁気分離したCD14陽性モノサイトにIL-4とGM-CSFを加えることでヒトモノサイト由来樹状細胞(Mo-DCs)を誘導した。この未熟な状態の樹状細胞(iDC)に、DCの成熟因子であるLPSあるいはプロスタグランジンE_2(PGE_2)+TNFαを添加し、機能的に異なる2種類の成熟DCを誘導した。これらiDC、LPS-DC、PGE_2-DCにおけるリアノジン受容体(ryanodine receptors:RyRs)サブタイプ(1-3型)の遺伝子の発現をRT-PCR法にて評価した。その結果、ヒトDCは1型リアノジン受容体(RyR1)遺伝子を選択的に発現していた。特にiDCは成熟誘導された2種類のDCよりも遺伝子発現量が高いことが明らかとなった。また、Fura-2標識したiDCを、RyRアゴニストである4-chloro-m-cresol(4-CmC)、またはATPを用いて刺激し、これにより誘導される細胞内Ca2+上昇を蛍光レシオイメージング法にて評価した。その結果、iDCは4-CmCおよびATP刺激に対して、細胞内Ca2+ストアに由来する一過性の細胞内Ca2+上昇を示した。この現象は、RyR阻害薬であるダントロレンによって阻害されたが、IP_3受容体阻害薬であるゼストスポンギンCでは阻害効果が認められなかった。また、RyR1を介したCa2+シグナルは、LPSによって誘導されるDCのIL-10産生を抑制し、HLA-DRとCD1d、CD86分子の発現上昇を誘導することで、アロナイーブT細胞刺激活性を亢進させた。以上より、ヒトDCは機能的なRyR1を発現し、これを介したCa2+シグナルによってDC応答が制御されることが示唆された。RyRアゴニスト刺激により特異的に誘導されるDC由来の液性因子は認められなかったが、DCは悪性高熱症素因者同定のターゲット細胞であることが明らかとなった。
尖点形式に付随するL関数の平均値理論とその応用

整数論において,様々なゼータ関数,L関数が導入されてきた。これらの関数が素数の分布に関する研究に有効な役割を果たすことはよく知られている。更に,これらの関数は数学や物理の様々な分野にも現われており,それ自身が興味深い研究対象となっている。私は,これらの関数のうちで最も基本的なものであるリーマンゼータ関数を関数解析の立場から研究した。リーマンゼータ関数の値は極めて複雑な挙動をもつが,一方で,三角多項式と呼ばれる基本的な関数との関連性も有する。関数解析において,与えられた関数を三角多項式で近似する場合,その関数のスペクトル集合を考察し応用するという手法がある。私はこの手法を深く研究し,リーマンゼータ関数のスペクトル集合を完全に決定することができた。この結果と平均値理論を結合させ,リーマンゼータ関数はある関数空間において,ある意味で,ランダムにふるまうという結論を得た。一方で,リーマンゼータ関数をある関数空間上の汎関数とみなすことに成功した。これはHelson氏の先駆的な研究を補うものである。Helson氏はL関数を汎関数とみなし関数解析の理論を展開したが,リーマンゼータ関数は氏の考察した関数たちに属していない。私はHelson氏の理論を,リーマンゼータ関数も含むような汎関数の集まりに対して拡張することができた。以上の成果の一部は内外の研究集会で発表するとともに,三編の論文にまとめ,現在,雑誌社に投稿中である。整数論という研究分野において様々なL関数が考察されており,重要な役割を果している.尖点形式に付随するL関数もそれらのうちの一つである.L関数の原型となるものがリーマンゼータ関数であり,この関数の導入によって整数論は著しく発展した.同時に,リーマンゼータ関数の研究は現在でも極めて重要であり,この関数に対する二大予想,リーマン予想とリンデレーフ予想の解決のために多くの試みがなされている.本年度はリンデレーフ予想に対して関数解析的な立場から研究を行った.関数解析的にL関数を捉えるという試みがHelson氏によってなされており,この捉え方を応用してリンデレーフ予想の同値条件を得た.即ち,通常,リーマンゼータ関数は複素関数であるが,あるバナッハ環を導入しそれ上の有界線型汎関数と捉えることによってリンデレーフ予想を汎関数の満たすべき条件に解釈しなおした.このような立場からリンデレーフ予想に接近する研究はこれまでになく,興味深いのではないかと思われる.一方,リーマンゼータ関数の平均値についても有界線型汎関数の言葉で解釈できることがわかった.即ち,平均値はあるバナッハ環の共役空間におけるノルムとみなすことができる.整数論と関数解析という異なる分野に接点を見出すことができたのは一つの成果であると思われ,今後もこの方向で研究を押し進めて行きたい.尚,得られた結果は二編の論文にまとめ,現在,雑誌社に投稿中である.整数論において,様々なゼータ関数,L関数が導入されてきた。
情報教育の地域教育施設と学校教育の連携に関する調査研究

学校で教育すべきその学習領域と地域施設での学習の内容等を検討し,その連携の在り方を検討した。(1)地域の教育施設での情報教育の可能性地域の青少年科学館,青少年自然の家,図書館,生涯学習センター,公民館などの各教育施設での情報教育の学習環境の課題,参加者への学習支援の課題,情報内容の流通などを調査し,その実態と今後の可能性について検討した。その結果,地域の教育施設での情報教育には,その地域のもつ各種地域情報をデータベース化し,その活用と併せて情報教育が有効であることが分かった。(2)学校教育での情報教育の可能性小学校でコンピュータを児童に学習方法・内容等を制限しなく,自由に利用させ,どのような学習が成立するかの調査を進めた。その調査結果として,手引き書を渡せば教師の指導がないグループ学習活動で十分活用できることが判明した。(3)地域教育施設の学習地域の施設を,学校と通信ネットワークを利用するための方法について調査を行った。(4)学校教育での情報教育の適用小学校での発達過程に応じた情報教育カリキュラムの構成を行った。学校教育を基礎にし,社会教育施設等での学習活動を進める基本的な学習事項を明確にした。(5)地域教育施設でのテレビ会議システムを用いた情報教育学校と社会教育施設をテレビ会議システムで結び,学校の教師が社会教育施設での児童・生徒の情報活動の支援の可能性を検討した。(6)学校・地域施設の連携した情報教育情報教育の具体的なカリキュラムおよび学校・施設間が連携した遠隔教育による情報教育方法を試行し,その成果をもとに,教育システム案を構成した。これをもとに,学校と地域教育施設で共通利用できる情報教育カリキュラムおよび教材を開発し,提供可能とした。平成9年度における本研究は以下のように実施した。地域の教育施設および学校のカリキュラムからその調査を実施し、連携の可能性を次のように明らかにした。(1)地域の教育施設での情報教育の可能性地域の青少年科学館、青少年自然の家、図書館、生涯学習センター、公民館などの各教育施設での情報教育の学習環境の課題、参加者への学習支援の課題、情報内容の流通などを調査し、その実態と今後の可能性について検討した。とくに,地域の生涯教育施設での情報教育には,その地域のもつ各種地域情報をデータベース化し,その活用と併せて情報教育の計画すべきことが明らかになった。(2)学校教育での情報教育の可能性小学校からの情報教育の情報活用を主としたカリキュラムと、他の教科での活用等の可能性を調査した。とくに,小学校でコンピュータをクラス内で児童に学習方法・内容等を制限しなく,高知市立昭和小学校で低学年のクラスに依頼し,パソコンご自由に利用させ,どのような学習が成立するかを年計画で調査を進めた。その中間的な調査結果として,手引き書を渡せば教師の指導がないグループ学習活動で十分活用できることが判明し,その成果をもとに手引き書の改善を進めた。(3)地域教育施設の学習情報活用における地域の施設と学校で連携した発展学習内容についての可能性を調査、検討した。とくに地域の施設を,学校との連携を通信ネットワークを利用するための方法について調査を行った。その結果、テレビ会議システム等の遠隔学習システムを用いた,学校と社会教育施設との連携を構成し,相互的な学習環境の在り方について検討を行い,次年度計画を立案した。平成10年度に,地域の生涯教育施設での情報教育は,地域の情報をデータベース化し,興味・関心の高い身近な情報を活用した情報教育が必要であり,そのためのデータベース開発を進めた。そのデータベースを用いた情報教育および学校と連携した学習を可能にした。

(1)学校教育での基礎・基本的な内容と教科への適用国民として人々が学校で学ぶべき情報教育の学習内容と,それの各教科における課題解決や表現活動等での利用の可能性について調査し,その体系化を行った。とくに,小学校での発達過程に応じたすでに学習した教科内容,情報処理,他の教科で必要な情報活用能力などの視点から情報教育カリキュラムの基礎構成を行った。学校教育を基礎にし,社会教育施設等での学習活動を進める基本的な学習事項を明確にした。(2)地域教育施設での情報教育の補充・発展学習地域の教育施設での児童・生徒の情報教育の在り方、とくに、学校との関連において、どのような学習活動が可能か調査した。とくに,学校と地域の教育活動をテレビ会議システム等の通信システムで結び,相互に連携した学習環境を構成し,学校の教師が社会教育施設での児童・生徒の情報活動の支援の可能性を検討した。(3)学校・地域施設の連携した情報教育実際の各施設を使い,児童・生徒の教育実践から学習の可能性を調査し,さらに,一連の情報教育の実践から,情報教育の具体的なカリキュラムおよび学校・施設間が連携した遠隔教育による情報教育方法を試行し,その成果をもとに,教育システム案を構成した。これをもとに,学校と地域教育施設で共通利用できる情報教育カリキュラムおよび教材を開発し,提供可能とした。
都市圏における環境計画の体系化-基礎班-

8研究班からなる本小領域の初年度において,大規模研究の進行展開について,以下の措置をとったのである.1.各班の目的・方法を表すキイワードおよびその解説の作成キイワード解説を読むと,各班が構想する研究展開のシナリオと,その核心をなす基礎概念をうかがうことが出来る.2.各班の研究目標を上のキイワードを使い, 12行で端的に表現する.3.特定対象都市の設定小領域の各研究班に共通の土俵をつくり,研究過程から相互に情報が切り結びあうことと,問題解決型の研究として,成果が現実の環境計画に有効性を持ちうるように,予め以下の諸条件を満たすような特定対象都市を定めることとした.(1)環境問題が都市政策の重要課題である.(2)各班が必要とし,提供を期待する情報が十分整備されている.(3)N3領域の目的を理解する優秀なスタッフがおり,市の支援体制が得られる.(4)各班の調査,実験の目的,内容,時期,対象地域の広さ,等に適合する.結果的に川崎市を先ず設定し,今年度数回にわたって川崎市において調査と研究会を実施した.4.データベースの整備昭和62年度においては, N3領域全般の研究支援ツールとなる情報システム,データベース整備のためのハードウェアとして,エンジニアリングワークステーションを導入し,今後のシテスム構築のための所要の検討を行った.5.研究計画支援のためのエキスパート型モデル同定システムの開発基礎班の課題『都市圏の環境特性把握と環境計画立案のための方法論の体系化』に対する計算機支援環境を整備することを目標とし,基礎班がエキスパートとして参加して作業を進めている.8研究班からなる本小領域の初年度において,大規模研究の進行展開について,以下の措置をとったのである.1.各班の目的・方法を表すキイワードおよびその解説の作成キイワード解説を読むと,各班が構想する研究展開のシナリオと,その核心をなす基礎概念をうかがうことが出来る.2.各班の研究目標を上のキイワードを使い, 12行で端的に表現する.3.特定対象都市の設定小領域の各研究班に共通の土俵をつくり,研究過程から相互に情報が切り結びあうことと,問題解決型の研究として,成果が現実の環境計画に有効性を持ちうるように,予め以下の諸条件を満たすような特定対象都市を定めることとした.(1)環境問題が都市政策の重要課題である.(2)各班が必要とし,提供を期待する情報が十分整備されている.(3)N3領域の目的を理解する優秀なスタッフがおり,市の支援体制が得られる.(4)各班の調査,実験の目的,内容,時期,対象地域の広さ,等に適合する.結果的に川崎市を先ず設定し,今年度数回にわたって川崎市において調査と研究会を実施した.4.データベースの整備昭和62年度においては, N3領域全般の研究支援ツールとなる情報システム,データベース整備のためのハードウェアとして,エンジニアリングワークステーションを導入し,今後のシテスム構築のための所要の検討を行った.5.研究計画支援のためのエキスパート型モデル同定システムの開発基礎班の課題『都市圏の環境特性把握と環境計画立案のための方法論の体系化』に対する計算機支援環境を整備することを目標とし,基礎班がエキスパートとして参加して作業を進めている.
心筋細胞のT管膜維持機構の解明：T管膜局所Ca2+管理機構の分子基盤と生理的意義

心筋細胞の膜陥入管構造であるT管膜は、細胞の効率的な収縮に必須である。そのため、T管膜構造の崩壊は心不全の引き金になるが、その崩壊メカニズムは不明であった。圧力負荷によって誘導される心不全において、T管膜が崩壊する前に、収縮ごとに流入してくるCa2+を細胞外へ排出する輸送体であるNa+/Ca2+交換体(NCX1)のT管膜上での機能が著しく低下することを明らかにした。NCX1を過剰発現することでNCX1の機能低下を回避すると、T管膜構造の崩壊と心不全の進行を抑制することができた。これらの実験結果は、T管膜のNCX1による局所Ca2+制御が心筋細胞の構造と機能の維持に重要であることを示唆している。心筋細胞は、収縮・弛緩に特化した終末分化細胞である。心筋細胞のT管膜構造は、形質膜の陥入特殊構造であり、形質膜の膜電位の変化を細胞内のCa2+変化、収縮装置の収縮・弛緩に高効率に変換するために必須の構造である。不全心筋細胞では、T管膜構造が崩壊し、収縮率の低下の一因と考えられているが、その崩壊メカニズムはほとんどわかっていない。本研究では、心筋細胞のT管膜局所のCa2+管理機構の分子基盤と生理的意義に注目し、T管膜構造の維持機構を明らかにすることを目的としている。本年度は、マウスの大動脈に縮窄手術を行うことで左心室に過大な圧力負荷を与えた心不全モデルを用いて、心不全進行過程におけるT管膜構造の崩壊過程を調べた。従来よりも、長期間かつ短い間隔で心不全の進行過程を観察することで、心臓のマクロな形態や組成の変化、心臓のポンプ機能の変化、細胞の形態および収縮率の変化、T管膜構造の変化、Ca2+ハンドリングタンパクの局在や発現量の変化、収縮・弛緩を制御するCa2+ハンドリングの変化を関連づけることが出来た。従来より使用してきたCa2+計測系に改良を加えたことで、実験に必要な感度、時間・空間分解能に適した計測系を用いることが可能になり、効率的にデータを収集出来た。生体内の心筋細胞に作用する力学的負荷を明らかにするために、前段階として、線形弾性体でモデル化した組織モデルと細胞骨格、核、細胞膜をモデル化した細胞力学モデルを組み合わせて、組織が変形する際に細胞に作用する変形量を推定できるモデルを構築した。数値実験の結果、組織のヤング率の上昇にしたがって、細胞の構成要素の変形量が増大することを確認した。心不全の進行過程では、心筋組織のヤング率が上昇することから、心筋細胞のT管膜に作用する負荷も増大していることが示唆された。心筋細胞は生涯にわたって収縮・弛緩を繰り返し、心臓の血液ポンプ機能を支えている。心筋細胞は、生後まもなく分裂能を失い、特殊微細構造を発達させて収縮・弛緩に特化する。形質膜の陥入構造であるT管膜は、細胞内に敷き詰められた一つ一つの収縮装置の間隔に沿うように、細胞内Ca2+ストアである筋小胞体と共に規則正しく配置されている。このような構造的特徴は、心筋細胞の機能と高い相関がある。不全心筋細胞では、T管膜構造が崩壊している様子が報告されており、これが収縮能低下の引き金であると考えられているが、T管膜構造崩壊のメカニズムの詳細は不明である。本研究では、心筋細胞に備わるT管膜構造の維持機構のメカニズムの解明を目的としている。本年度は、単離した心筋細胞の細胞膜を膜電位感受性色素を用いて可視化し、得られた画像を周波数解析することで、心不全進行過程におけるT管膜のリモデリングを解析した。昨年度から行ってきたT管膜構造の観察・解析方法を改良したことで、T管膜の変化を定量的に評価することが可能になった。得られた定量データとタンパク質の発現量・局在の変化を関連づけたところ、T管膜構造の崩壊にCa2+輸送体であるNa+/Ca2+交換体(NCX1)が密接に関わっているという実験的証拠を得た。大動脈縮窄手術による圧力負荷モデルに加えて、甲状腺ホルモンなどの液性因子を過剰量投与して心不全を誘導したモデルにおいても、NCX1の局在が乱れることを確認した。微細構造の発達過程を明らかにするために、新生児から単離した心筋細胞を培養し、細胞の成熟過程を経時的に解析した。生理的に肥大し、微細構造やCa2+ハンドリング能力が発達した心筋細胞では、NCX1の形質膜への局在が観察された。今後は、NCX1を薬剤依存的・心筋特異的に強制発現可能な遺伝子改変マウスを用いて研究を進めていく予定である。当初の予定通り、大動脈縮窄手術によりマウスの左心室に過大な圧力負荷を与えることで誘導した心不全モデルに加え、イソプロテレノールや甲状腺ホルモンを過剰に投与して誘導した心不全モデルについても解析を行った。さらに、遺伝子改変マウスを用いた研究も順調に進んでいる。T管膜の構造を定量的に解析することで、心不全進行過程におけるT管膜構造と細胞内Ca2+の関係性を調べることが出来た。細胞力学試験装置の開発が当初予定していたよりもやや遅れているものの、計算シミュレーションを用いた条件検討は予想以上に進展しており、全体としてはおおむね順調に進展していると言える。哺乳類の心室心筋細胞には、形質膜の陥入管状構造であるT管膜が存在する。

T管膜は、形質膜の電位変化を瞬時に筋小胞体Ca2+ストアへと伝達するために必要不可欠な構造であり、心筋細胞の効率的な収縮・弛緩に貢献している。そのため、T管膜構造の崩壊は、細胞の収縮能の低下を引き起こし、心不全発症の原因になると考えられている。しかしながら、その崩壊メカニズムは良く分かっていなかった。Na+/Ca2+交換体(NCX1)は、主として心筋細胞のT管膜に存在している。生理条件下のNCX1は、収縮時に細胞外から流入してくるCa2+を細胞外へと運び出す実質上唯一のCa2+排出系として働いている。前年度までに、左心室への圧力負荷によって心不全を誘導すると、T管膜構造が崩壊する前に、NCX1のCa2+輸送能力が著しく低下することを明らかにした。本年度は、開発済みのドキシサイクリン投与依存的に心臓特異的にNCX1を強制発現可能な遺伝子改変マウスを用いて、NCX1がT管膜構造の維持に果たす役割を検討した。この遺伝子改変マウスに大動脈縮窄手術を施すことで左心室へ過大な圧力負荷を与えた後に、NCX1のCa2+輸送能力の低下を回避するようにNCX1を強制発現させたところ、T管膜構造を長期に渡って維持することができた。左心室に過大な圧力負荷が持続的に作用していたにも関わらず、単離心筋細胞の収縮率や心臓の血液ポンプ機能の低下も著しく抑制されていた。アポトーシスの増加も抑制されており、重篤な心不全への進行は見られなかった。以上のことから、NCX1によるT管膜近傍のCa2+管理がT管膜構造の維持に重要であること、心不全進行過程においてNCX1のCa2+輸送能力を維持することが心不全治療に有効であることが示唆された。心筋細胞の膜陥入管構造であるT管膜は、細胞の効率的な収縮に必須である。そのため、T管膜構造の崩壊は心不全の引き金になるが、その崩壊メカニズムは不明であった。圧力負荷によって誘導される心不全において、T管膜が崩壊する前に、収縮ごとに流入してくるCa2+を細胞外へ排出する輸送体であるNa+/Ca2+交換体(NCX1)のT管膜上での機能が著しく低下することを明らかにした。NCX1を過剰発現することでNCX1の機能低下を回避すると、T管膜構造の崩壊と心不全の進行を抑制することができた。これらの実験結果は、T管膜のNCX1による局所Ca2+制御が心筋細胞の構造と機能の維持に重要であることを示唆している。従来より使用していた複数のCa2+計測系を改良し、必要な感度、時間分解能、空間分解能に合わせて計測系を使い分けることで、効率よく実験データを取得することに成功した。今年度予定していた、大動脈縮窄手術による心不全進行過程における心臓のポンプ機能、心筋細胞の収縮能、T管膜に局在する膜タンパクの発現量と局在の変化を4か月もの長期にわたって経時的に計測し、関連付けることが出来た。組織が変形した際の組織内の細胞、および細胞の微細構造に作用する力を推定することが可能な計算モデルの基盤を構築できた。Ca2+トランスポーターであるNCX1をドキシサイクリン濃度依存的に発現させることが可能な遺伝子改変マウスを用いた実験を進め、細胞内Ca2+とT管膜構造の関係を定量的に調べていく。このとき、T管膜に局在している構造タンパク質の発現量や局在の変化に注目する。得られた結果については積極的に学会で発表するとともに学術論文としてまとめ、投稿する。28年度が最終年度であるため、記入しない。医用生体工学本年度改良した独自のCa2+計測系を生かし、心筋細胞の特殊微細構造であるT管膜構造と細胞内Ca2+の関係性を引き続き調べる。