hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生化学ネットワークを用いたバイオコンピューティング

生きている有機体は化学反応連鎖が作り出す高度なネットワークにより、複雑な挙動を発揮する。この生体内化学反応システムの概念はまさに生物学の核心であるが、非生物として人工的にこのような構造を作り出すことは極めて難しい。ここではそのよう生化学反応システムを任意に構成できるような最小ユニットを作製するために分子生物学の生体外化学反応の標準的な手法を用いて効率的な化学反応振動子を組み立てた。化学反応振動子に対応するネットワークをもつように、20個程度の塩基からなるDNA鋳型をエンコードし、そしてDNA合成量の発振現象を得た。この結果は、簡便なモジュールの連鎖反応を用いることで、人工的に生体の複雑な挙動を論理的かつ予測可能な形で再現できる可能性があること示している。この研究では,神経細胞ネットワークに見られるような,生化学反応に基づいた情報処理を行うことができる生体情報処理系をin vitro環境で開発するために,情報処理の基本単位となる生化学反応系を確立することを目的としている.とくに反応系としてDNA増幅反応に注目し,そのDNA増幅反応を利用して生体内で見られる遺伝子発現制御ネットワークのようなシステムをモデル化し再現することができる化学反応ネットワークを構築することを目標に研究を行っている.今年度はまず,ある反応ユニットからの信号によって他方の反応ユニットの機能を抑制する,あるいは活性化させるという化学反応ネットワークの一つとして,化学反応振動系を構築した.試験管の中で3種類の短いDNAと酵素を混ぜて反応させる.これらのDNAは,プライマーとして作用する短いオリゴヌクレオチドを交換することによって,互いが互いの反応を活性化させたり抑制させたりすることによって,動的なループ反応を起こす.ここでは蛍光色素による蛍光強度変化をモニターすることで,この化学振動反応現象を確認した.その結果,閉じた空間内で数時間にわたって(15サイクル)蛍光強度が振動する様子が観察,計測された.これはDNA増幅反応に基づいて論理的に設計した,in vitro環境における生化学反応ネットワークとしての最初の実証例であり,また,この結果は生化学反応ネットワーク振動系として非常に興味深い現象である.この研究では、神経細胞ネットワークに見られるような、生化学反応に基づいた情報処理を行うことができる生体情報処理系をin vitro環境で開発するために、情報処理の基本単位となる生化学反応系を確立することを目的としている。とくに反応系としてDNA増幅反応に注目し、そのDNA増幅反応を利用して生体内で見られる遺伝子発現制御ネットワークのようなシステムをモデル化し再現することができる化学反応ネットワークを構築することを目標に研究を行っている。昨年度は簡単な化学反応振動系を構築することに成功した。今年度はさらに複雑なネットワークを構築することのできる化学反応系にトライした。ある反応ユニットからの信号によって他方の反応ユニットの機能を抑制する、あるいは鈍化させるという化学反応ネットワークを構築する必要があるが、そのために3'末端付近に不適性塩基対を持ったオリゴヌクレオチドを生成するような反応ユニットを作ることで解決した。また、反応系をダイナミックに維持するためには、ヌクレオチドが選択的に破壊され、反応系が初期状態に戻るというプロセスも実現する必要があるが、それには選択的エクソヌクレアーゼによって実現することができるはずであり、そのためにはDNA増幅時における温度上昇に対してそれらを安定化させるという工夫が必要である。最後に、実際に双安定スイッチと論理ゲートというネットワークの構築を試み、その実証に成功した。
細胞レベルでの脳卒中易発症機序の研究-脳卒中易発症ラット脳由来Astrogliaの特性-

脳卒中易発症ラット(SHRSP)、脳卒中難発症ラット(SHRSR)、正常血圧ラット(WKY)の胎児全脳からアストログリアを分離培養した。SHRSPおよびSHRSR由来アストログリアはWKYにくらべ増殖能が有意に亢進していた。細胞は第1間期(G_1)合成期(S)第2間期(G_2)分裂期(M)を経て2つに分裂するが、3群ともに(G_1)期は9-12時間であり、G_1期からS期への移行速度がSHRSPやSHRSRで亢進していることが明らかになった。同様の結果が胸部大動脈由来平滑筋細胞でも認められている。また、核当りのコレステロ-ル量を3群で比較したところ、コレストロ-ル量がSHRSP、SHRSRで有意に低下していた。最近の我々の研究からSHRの肝臓でのコレステロ-ル合成能の低下はその合成の律速酵素である。HMGCoA還元酵素の活性低下ではなく、それ以後の酵素活性低下に依存することが明らかになった。よって、[^<14>C]酢酸および[^<14>C]メバロン酸を用いてコレステロ-ル合成能を比較したところ、メバロン酸からのコレステロ-ル合成は3群間に差異はなかったが、酢酸からのコレステロ-ル合成はSHR群で低下していた。よって、アステログリアと肝臓でのコレステロ-ルの合成調節は異なっていると考えられる。一方、アストログリアにはα受容体が存在し、その受容体を刺激することによって細胞内Ca^<++>が上昇することが知られている。フェニレフィリンで細胞を刺激したところ、細胞内Ca^<++>濃度はフェニレフィリンの濃度に依存(10^<-5>10^<-7>M)して上昇し、その上昇はSHRの方がWKYの比べ大きかった。以上の結果から、SHRSP、SHRSR、WKY由来アストログリアは大動脈由来平滑筋細胞と共通する特徴を有し、その特徴は遺伝的に規定されたものであること等より、高血圧性脳障害を細胞レベルで研究するのに有用な研究材料であると考えられる。アストログリア細胞は脳卒中易発症ラット(SHRSP)、脳卒中難発症ラット(SHRSR)、正常血圧ラット(WKY)胎児脳より分離培養した。すなわち、胎児から脳を摘出し、脳表面の血管、軟膜を除去し、約2mmの小塊にした。その小塊をリン酸緩衝生理食塩水で洗浄後、抗生物質含有トリプシン易(0.25%)で37°C30分間消化した。遊離した細胞をパスツールピペットでけん濁した後、200g5分間遠心して細胞を集めた。細胞はさらに3回、ダルベッコのMEMで洗浄した。初代培養細胞は約12日間培養した後に使用し、また、さらに2-3代継代したものについても実験に供した。アストログリア細胞の同定は同細胞に特異的存在するグリア繊維酸性蛋白質の抗体を用い、二抗体法で行った。上記方法で分離した細胞は全てグリア繊維酸性蛋白の陽性反応を示した。光学顕微鏡による形態学的観察では3系統の間に差異はなかった。

この細胞を用いて細胞増殖能を3系統で比較したところ、doubling timeはSHRSP、SHRSR、WKYそれぞれ21.1、18.9、30.2時間であり、WKYはSHRSP、SHRSRに比べ有意に長いdoubling timeを示した。我々は既に大動脈由来平滑筋細胞で同様の結果を得ており、由来の異なる細胞(平滑筋細胞は中胚葉、アストログリア細胞は外胚葉)で同じ性質を有することは興味あることであり、この性質は高血圧発症に関係する遺伝子の表現型の一つであると考えられる。また、各細胞の総コレステロール量を調べたところ、コレステロール量はWKYに比べSHRSP、SHRSRにおいて有意に低下していた。さらに、アストログリア細胞をトリプシン処理して遊離状態にした後、α刺激薬であるフェニレフリンによる細胞内Ca^<++>の動態を螢光色素(Fura2)で調べたところ、α刺激により細胞内Ca^<++>が苦しく上昇することが明らかとなった。前年の研究結果から脳卒中易発症ラット(SHRSP)脳由来アストログリアが正常血圧ラット(WKY)由来に比べ、増殖能ガ有意に亢進しており、また、コレステロ-ル量が有意に低下していることが明らかになった。本年はこのSHRSPの増殖能亢進が細胞分裂サイクルのどの部分に差異があるのかを明らかにすべく研究を行った。即ち、SHRSP、脳卒中難発症ラット(SHRSR)及びWKY由来アストログリアの対数増殖期に培地を0.2%胎児牛血清(FCS)含有DMFMに変え、さらに48時間培養した後、10%FCSを再添加し、6、9、12、15、18時間後のDNA合成能を[^3H]Thymidineを用いて調べた。その結果、G_1期は912時間の間で、G_1期からS期への移行がWKY、SHRSR、SHRSPの順に高いことが明らかになった。よって、SHRSPの増殖能亢進はG_1からS期への移行率の差に起因すると考えられ、同様の結果が大動脈由来培養平滑筋細胞でも認められている。一方、最近の我々の研究からSHRSPの肝臓でのコレステロ-ル合成能の低下は従来から考えられているHMGCoA還元酵素に起因するのではなく、それ以後の合成系の異常に起因することが明らかになった。アストログリア細胞においても同様な異常が存在するか否かを検討するために[^<14>C]酢酸、[^<14>C]メバロン酸を用いて検討した。その結果,酢酸からのコレステロ-ル合成はWKY、SHRSR、SHRSPの順に低下していたが、メバロン酸からの合成は3群間に差異はなかった。よって、コレステロ-ルの合成の調節が肝臓とアストログリアでは異なっている可能性がある。また、アストログリアはα刺激に対し、細胞内Ca^<++>が上昇することが知られているが、3群でフェントラミン刺激に対する細胞内Ca^<++>量を比較したところ、細胞内Ca^<++>の上昇はWKYに比べSHRの方が大きかった。無刺激の場合には3群間に差異は認められなかった。
双方向量子鍵共有法の量子論を用いない性能評価と最良の鍵共有法の構成

量子鍵共有プロトコル(QKD)において、通信路の雑音が大きいときに双方向の古典通信を用いてより多くの秘密鍵を取り出す方法が従来法として知られているが、その方法は通信路の雑音が小さいときには、一方向の古典通信を用いるQKDに比べて取り出せる秘密鍵の量が少ないという問題店があった。本研究では双方向通信を用いる従来のQKDにおける双方向の古典通信の情報を圧縮して送ることにより、盗聴者に知られてしまう情報量を削減し、取り出せる秘密鍵の量が多い新しいQKDを提案した。提案方法は、すべての雑音の大きさにおいて一方向に古典通信を行うQKDよりも取り出せる秘密鍵の量が多い。また、関連して以下のような研究を行った。従来のQKDは二者が秘密鍵を共有するためのプロトコルで、量子エンタングルメントを用いずに実現されている。一方三者が同時に秘密鍵を共有するプロトコルで、エンタングルメントを用いない方式は知られていなかった。エンタングルメントを用いると装置化が難しくなるので、エンタングルメントを用いずに三者が同時に秘密鍵を共有する量子プロトコルを提案し、その無条件安全性を証明した。本年度は、従来のBB84量子鍵共有プロトコルにおける古典的な処理(量子力学的な現象を利用しない処理)の部分を変更することによって、従来法の鍵レートを向上させることに成功した。具体的には、Vollbrechtらが提案したエンタングルメント純粋化プロトコルを原理を量子鍵共有プロトコルに適用することにより鍵レートを向上させた。Vollbrecht以前のエンタングルメント純粋化プロトコルおよび量子鍵共有プロトコルでは、2つの量子ビットまたは古典ビットを対にし、そのパリティをそのまま送受信者間で交換し、パリティが一致しない部分を捨てる処理が用いられていた。Vollbrechtらはパリティをそのまま送受信者間で交換せず、パリティに行列を乗じハッシュして得られるビット列を交換する方法を提案した。この方法を量子鍵共有プロトコルに適用した場合、公開通信路で伝送されるデータ量が従来法に比べて減少する。そのため、盗聴者に知られずに共有できる秘密のビット列の長さが増加し、鍵レートを向上させることができる。既存の光ファイバーを用いて量子鍵共有プロトコルを実行する場合、ビットエラーレートは約10%程度であるが、10%のエラーレートにおいて、提案手法は従来法にくらべて1.5倍程度の鍵レートを有している。このことは既に実現されている量子鍵共有装置の量子力学を用いていない部分を変更することによって単位時間または単位光子あたりに共有できる秘密鍵の長さを1.5倍程度に増加させられることを意味し、実用上意義がある結果であると考える。この結果は、2006年9月に北京で開催されたAsian Conference on Quantum Information Science 2006にて発表した。
ゲノムに潜むシグナル・モチーフ部品の網羅的探索のための自己組織化地図

1)ゲノム配列の解読が進んでいる約150種類のゲノム配列の全体に関して、5-8連塩基頻度のSOM解析を行い、各ゲノムにおいて特徴的な頻度で出現する連文字配列を明らかにした。回文型の配列類は生物種の特徴を顕著に反映する傾向にあった。1kb程度のヒトやマウスの断片配列をSOM解析すると、単一のゲノム内についても、UTR、CDS、イントロン領域等で明瞭に分離する傾向を示した。機能と関係するシグナル配列を探索する新規な情報学的な手段を提供できる。シグナルやモチーフ候補群が特定の組み合せで集中するゲノム部位の探索が行え、その組み合せの機能上の意味を解析することが可能になった。マウスのcDNAについては、protein-codingとnoncodingで分離する傾向にあった。2)『Genome Word Dictionary』の構築に関して、SOM結果についての多量な画像や頻度データ、ならびに多数の文献データを、Oracleを用いてデータベース化した。現時点では、4連続塩基の全体について、収録を完了した。関係データベースであるので、生物種や系統ごとにも辞書が作成できる。各連続塩基配列別に文献類が収録されているので、シグナルやモチーフ配列を含む各連続塩基の機能的な意味を効率的に把握できる。3)環境に生育する微生物の大半が実験室での培養が困難であり、未開拓なゲノム資源として残されてきた。培養せずに混合ゲノムDNA試料の配列決定を行う方法が普及してきた。SOMは生物種に関する予備知識なしに、断片配列の大半を生物系統に分類が可能である。10kb程度以上の配列が既知の、約1600の生物種の配列全体で作成したSOM上に、Venterらがバーミューダ沖の海水由来DNAから得た80万本の配列をマップしたところ、明瞭なクラスタリングが見られた。1kb程度の配列について、新規な系統推定法が確立できた。
ニーマン・ピック病C型のコレステロール細胞内輸送障害の病態についての検討

ニーマン・ピック病C型(NPC)は細胞内コレステロールの輸送に障害がみられ、結果として細胞内に遊離型コレステロールが蓄積する。また、正常細胞においても種々の薬物投与にて細胞内コレステロール輸送障害を起こすことが知られているが、その病因についてわかっていない。また、臨床的には4つの病型に分類されるが、遺伝的な異同について明らかにされていない。始めに遺伝的に同質であるものでの検討をする必要があるので細胞融合法を用いて遺伝的異質性について検討した。まず幼児型4例、成人型1例、マウスモデル(SPM)の遺伝的異質性について細胞融合を用いて検討した。その結果幼児型全てとSPMは同じ相補群であること、軽症である成人型は幼児型とは異なる相補群であることを初めて明らかにした。また、生化学的には成人型は、幼児型に比べてコレステロールの細胞内蓄積と外因性コレステロールのエステル化障害が軽度でありことが判明した。次に外因性コレステロール細胞内輸送には、細胞内情報伝達系の関与が示唆されていることから、これに関係すると考えられる細胞内pHの変化を正常、幼児型、成人型の細胞で検討した。正常での反応と比べると幼児型では細胞内pHの変化が少ないこと成人型は細胞内pHの基礎値が低いことなどが明らかになり、臨床病型と対応する事が考えられた。これに関連することとして細胞内環境を酸性に保つ液胞型^+H-ATPaseの阻害剤であるBafilomycine A1がコレステロールエステル化を阻害し、成人型NPCでは感受性が高いことが判明し、細胞内pHの結果を合わせると原因となる異常蛋白質の候補と考えられる。
女性ホルモン代謝酵素の遺伝子多型と乳がんの発生リスクに関する症例対照研究

愛知県がんセンター病院を受診した乳がん患者と非がん女性患者を対象にして、女性ホルモン代謝酵素の遺伝子多型に関する症例対照研究(乳がん患者239人、非がん患者186人)を行った。参加者より、文書による遺伝子多型測定の同意を得て採血を行い、簡単な生活歴についても聴取した。遺伝子型の決定は主にPCR-RFLP法を用いた。愛知県がんセンター病院を受診した乳がん患者と非がん女性患者を対象にして、女性ホルモン代謝酵素の遺伝子多型に関する症例対照研究を行った。採血された血液よりバフィーコートを取り、これよりDNAを抽出し、PCR-RFLP法により遺伝子型を決定した。CYP17には、翻訳開始部の34塩基上流にチミンとシトシンのいずれかを持つ多型があり、米国においてC/C型の女性が乳がんになりやすいとの報告がある。本研究では乳がん患者144人と非がん患者166人の遺伝子型を調べてその頻度を比較した。乳がん患者ではT/T型が28.5%、T/C型が57、6%、C/C型が13.9%で、非がん女性患者ではT/T型が26.5%、T/C型が57.2%、C/C型が16.3%であった。乳がん患者と非がん患者の間には遺伝子型の頻度差は認められず、わが国においてはこの遺伝子型が乳がんリスクには関与しないことが判明した。COMTには、158番目のアミノ酸がバリン(Val)の酵素とメチオニン(Met)の酵素があり、後者の酵素活性が低いことが知られている。酵素活性が低い者ではエストラジオールが分解されにくく、そのために乳がん発生リスクが高いと想定される。米国ではMet/Met遺伝子型を持つ女性の乳がん発生リスクが高いという報告があったが、乳がん患者150人と非がん女性患者165人を調べた本調査では、Met/Met型の者がそれぞれ12.0%と13.9%であり、わが国においては分布の差を認めることができなかった。参加者より、文書による遺伝子多型測定の同意を得て採血を行い、簡戦性活歴についても聴取した。平成12年度に引き続き平成13年度には女性ホルモン合成に必要なcytochrome p450 19(CYP19)と、女性ホルモン受容体と結合するIL-1βの遺伝子IL-1Bの遺伝子多型についての検討を行った。CYP19には、intron 5の4-bp VNTR、Trp39Arg、Arg264Cysなどの多型が報告されている。われわれは、日本人女性で乳がんリスクとの関連が報告されたTrp39Argについてその関連が再現できるかを検討した。乳がん患者239人ではT/T型218人、T/C型21人、C/C型0人であり、非がん患者185人ではT/T型165人、T/C型20人、C/C型0人であった。T/C型+C/C型はそれぞれ8.8%と10.8%であり、有意な差は認められなかった。IL-1Bには、C-511T, C-31T, C3954Tの3つの一塩基置換多型があり、electrophoresis mobility shift assayでは-31Tにより強く転写因子が結合することが報告され、T型でIL-1βの産生が高いことが想定される。乳がん患者231人と非がん女性患者186人での比較では、症例にT/T型が少なく、C/C型に比べ相対危険度は0.54(95%信頼区間0.33-0.90)で有意に低く、閉経後女性については0.29(0.14-0.61)であった。エストロジェンが低下する閉経後女性で影響が強いことは生物学的に知見に一致した。
イネの種子形制御機構の解明と分子育種への応用

本研究は、イネの種子形(粒形)を制御する遺伝子の機能の理解に立った分子育種を試み、種子サイズの大型化による収量増加を成すことを研究目的としている。この目的達成のため本研究では、大粒系統を用いた解析と短粒変異体を用いた解析をそれぞれ行い、さらなる遺伝子源の探索を進めた。<大粒系統を基点とする研究>では、極めて大きな種子をつける大粒系統BG23(種子長約10 mm)及びLG10(種子長約14 mm)を実験材料に、遺伝解析を行った。昨年度までにこれら大粒系統同士を掛け合わせた交雑集団を用いた遺伝解析(QTL解析)によって、その種子サイズの差(種子長では約4 mm)を説明する新奇性の高い遺伝子座を種子幅に関係するものを含め5つ見出すことに成功した。今年度は、それら5つの遺伝子座について詳細な遺伝解析を進めた。その結果、2つの種子長を制御する遺伝子座を同定し、それら遺伝子座がそれぞれ籾の細胞伸長、細胞分裂に関わることを明らかにした。さらに遺伝子の機能理解をより進めるため、遺伝背景のほぼ均一な系統、準同質遺伝子系統(NIL)の作出は、標準的な日本型イネの日本晴を用いた材料の世代促進を予定通り進めた。<短粒変異体を基点とする研究>では、新奇遺伝子座の短粒変異体srs2,srs4,srs6の遺伝解析を行った。srs2とsrs6については次世代シークエンサーを用いた全ゲノム解析によって、候補となる遺伝子を見出すことに成功した。これらの候補遺伝子は形質転換によって遺伝子破壊を行う準備が完了しており、その表現型を確認することで、原因遺伝子が特定されると期待できる。これら2つのアプローチから見出したイネの種子形を制御する遺伝子座や遺伝子について、遺伝学的な位置づけを推定し、種子形制御機構の理解を深めた。また、形質転換実験によって、収量増加に向けた分子育種の可能性についても考察した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、種子形制御遺伝子の機能の理解に立った分子育種を行い、種子サイズの大型化による収量増加を成すことである。この目的達成のためには、第一に種子形制御遺伝子をより充実させる必要がある。そこで大粒系統を用いた解析と短粒変異体を用いた解析をそれぞれ行い、さらなる遺伝子源の探索を進めた。〈大粒系統を基点とする研究〉では、極めて大きな種子をつける大粒系統BG23及びLGIOを実験材料に、遺伝解析が容易になった日本晴をかけ合わせた交雑集団を用いたQTL解析を行い、既知遺伝子2つと新奇性の高い遺伝子座を4つ見出す事に成功した。この事は新たな遺伝子源の探索という意味で大きな成果と言える。さらに、遺伝子の機能理解と種子形制御における役割を明らかにするための準同質遺伝子系統(NIL)の作出は、日本晴、T65、コシヒカリでそれぞれおおむね予定通り進められた。〈短粒変異体を基点とする研究〉では、新奇遺伝子座の短粒変異体srs2、srs4、srs6の遺伝解析が進行中であり、今年度はsrs2のポジショナルクローニングによって原因遺伝子の候補領域を700kbまで絞り込む事に成功した。さらに、srs2について次世代シークエンサーによる全ゲノム配列の解読を外注により行い、そのデータから候補となる遺伝子を見出した。srs4及びsrs6に関しては、次世代シークエンサーを用いて、迅速に突然変異体の原因遺伝子を同定する方法であるMutMap法を試みるための材料を作出した。これら短粒変異体は他の短粒変異体との交配も行っており、原因遺伝子が同定できた後は、遺伝学的な種子形制御機構のさらなる解明が期待できる。本研究の目的は、イネの種子形を制御する遺伝子の機能の理解に立った分子育種を行い、種子サイズの大型化による収量増加を成すことである。この目的達成のために本研究では、大粒系統を用いた解析と短粒変異体を用いた解析をそれぞれ行い、さらなる遺伝子源の探索を進めた。<大粒系統を基点とする研究>では、極めて大きな種子をつける大粒系統BG23(種子長約10mm)及びLG10(種子長約14mm)を実験材料に、これら大粒系統同士をかけ合わせた交雑集団を用いた遺伝解析(QTL解析)を行い、その種子サイズの差を説明する遺伝子の探索を行った。その結果、新たに種子長に関わる4つの遺伝子座と種子幅に関わる2つの遺伝子座を検出することに成功した。さらに、遺伝子の機能理解と種子形制御における役割を明らかにするための遺伝背景を極力統一した材料である準同質遺伝子系統(NIL)の作出は、標準的な日本型イネである日本晴を用いて予定通り進められた。<短粒変異体を基点とする研究>では、新奇遺伝子座の短粒変異体srs2、srs4、srs6の遺伝解析が進行中であり、今年度はsrs2については昨年遺伝解析で見出した候補となる遺伝子について形質転換によって、遺伝子の相補性を見る実験の準備を進めている。srs4及びsrs6に関しては、次世代シークエンサーを用いて、迅速に突然変異体の原因遺伝子を同定する方法であるMutMap法を試みたが、遺伝子の特定に至らなかった。そこで、新たな遺伝解析法(QTL-seq法)の準備を進めている。

また、これら短粒変異体は他の短粒変異体との交配も行っており、原因遺伝子が同定できた後は、遺伝学的な種子形制御機構のさらなる解明が期待できる。本研究は、イネの種子形(粒形)を制御する遺伝子の機能の理解に立った分子育種を試み、種子サイズの大型化による収量増加を成すことを研究目的としている。この目的達成のため本研究では、大粒系統を用いた解析と短粒変異体を用いた解析をそれぞれ行い、さらなる遺伝子源の探索を進めた。<大粒系統を基点とする研究>では、極めて大きな種子をつける大粒系統BG23(種子長約10 mm)及びLG10(種子長約14 mm)を実験材料に、遺伝解析を行った。昨年度までにこれら大粒系統同士を掛け合わせた交雑集団を用いた遺伝解析(QTL解析)によって、その種子サイズの差(種子長では約4 mm)を説明する新奇性の高い遺伝子座を種子幅に関係するものを含め5つ見出すことに成功した。今年度は、それら5つの遺伝子座について詳細な遺伝解析を進めた。その結果、2つの種子長を制御する遺伝子座を同定し、それら遺伝子座がそれぞれ籾の細胞伸長、細胞分裂に関わることを明らかにした。さらに遺伝子の機能理解をより進めるため、遺伝背景のほぼ均一な系統、準同質遺伝子系統(NIL)の作出は、標準的な日本型イネの日本晴を用いた材料の世代促進を予定通り進めた。<短粒変異体を基点とする研究>では、新奇遺伝子座の短粒変異体srs2,srs4,srs6の遺伝解析を行った。srs2とsrs6については次世代シークエンサーを用いた全ゲノム解析によって、候補となる遺伝子を見出すことに成功した。これらの候補遺伝子は形質転換によって遺伝子破壊を行う準備が完了しており、その表現型を確認することで、原因遺伝子が特定されると期待できる。これら2つのアプローチから見出したイネの種子形を制御する遺伝子座や遺伝子について、遺伝学的な位置づけを推定し、種子形制御機構の理解を深めた。また、形質転換実験によって、収量増加に向けた分子育種の可能性についても考察した。大粒系統を基点とした研究において、これまでの種子形研究では報告されてこなかった新奇性の高い遺伝子座の検出に成功しており、それら遺伝子座を評価するための準同質遺伝子系統の準備もおおよそ順調に進んでいる。短粒変異体を基点とした研究についても、srs2は候補遺伝子が特定できており、相補性検定を行うための形質転換体の準備に関しても着実に進められている。srs4、srs6に関しては、Mutmap法が解析材料の影響により、想定していた結果は得られなかったものの、解決策として別の解析方法を行うための材料の準備はすでに進めている。27年度が最終年度であるため、記入しない。大粒系統を基点とした研究について、昨年度問題点となった既知の主要なQTL座の遺伝解析に対する影響を考慮し、新たな解析材料を用いたQTL解析によって、これまで報告のなかった種子形制御に関わる遺伝子座を検出した。今後は染色体組み換え個体を展開し、各遺伝子の単離を試みる。短粒変異体の解析については、srs2は形質転換による相補性検定を行って、候補遺伝子が真に原因遺伝子かどうかを確かめる。srs4とsrs6は、新たにQTL-seq法を用いて遺伝子の特定を目指す。大粒系統を基点とした研究において、新奇性の高い遺伝子座の探索に成功しており、それら遺伝子座を評価するための準同質遺伝子系統の準備もおおよそ順調に進んでいる。
弱い外部刺激によりポルフィリン環の電子状態を可逆的に遠隔調整するシステム開発

微弱な外部刺激に敏感に応答する素子は,近代文明社会生活を根底で支える機能性材料開発研究における実質的な主役である。本研究では,外部刺激に対する高感度化を念頭に,一次元拡張共役系の末端に導入したポルフィリン誘導体について,可視及び近赤外の両領域における吸収帯を可逆的に変換できるシステムの設計・構築・制御手法を確立することが目的である。その結果,構築したポルフィリン誘導体の構造物性相関に基き,目的達成ための幾つかの構造要件を見出し,申請者独自の機構に基づく機能性材料創出に向けた発展的研究段階に繋げることができた。低エネルギー近赤外光による外部刺激に敏感に応答する素子は、高度情報化社会生活における多種多様なセンサー機能などの中枢を担う。また,光だけでなく,酸や熱などの微弱な外部刺激に対して電子構造が変化し、これに連動する大きなスペクトル変化を誘起する有機分子は、機能性素子材料開発研究における実質的な主役である。本研究では、外部刺激受容成分を一次元拡張共役系の末端に導入したポルフィリン誘導体を用いて、近赤外領域の吸収帯を安定かつ可逆的に変換するシステム構築を目指すものである。ポルフィリン環特有の可視領域の強度の大きなSoret帯(光合成反応の主たる機能性吸収帯)を、酸や金属イオンを引き金とする外部刺激により近赤外領域に移動させ、可視及び近赤外の両領域における吸収帯を可逆変換可能なシステムの設計、構築、制御手法を確立する。その目的のために,一次元拡張共役系末端に酸や金属イオンの高感度受容成分,電子的刺激の伝達効率を調整するために配向様式の異なるスペーサー、そして機能性成分の三成分をジアセチレン結合によって連結する安定な一次元拡張共役系分子を設計した。分子中の各成分が、距離も構造も明確で剛直かつ電子伝達にも有効なジアセチレン結合で連結されているので、分子の構造ー機能相関が容易に解析評価できる。プロトン源や金属イオン源を添加することにより、末端の外部刺激応答成分に加わる刺激がスペーサーを通して約2nm離れた他端の機能性成分であるポルフィリン環へ伝達される効率を定量的に解析する。その伝達効率を調節制御できるようになると、材料としての機能物性を合目的にコントロールできることになる。従来の型にない機構による可逆的変換システムが完成すると、酸や金属イオンに対する一層の高感度センサー創出に止まらず、光スイッチや高密度メモリーなど一層の省エネルギー型生活支援素子材料の開発研究にも繋がる。近代文明社会生活を根底で支える基本材料には,省エネ・省資源を念頭に置いた高感度素子が必須と言われる。中でも光や熱や酸などの微弱な外部刺激に対して電子構造が変化し、これに連動する大きなスペクトル変化を誘起しやすい有機分子は機能性素子材料における実質的な主役である。当該研究3年間の前半の23年度及び24年度では、申請者ら独自のシステムであるジアセチレン架橋拡張共役系ポルフィリン誘導体について、新たに6種類の化合物を合成し,それらの基本物性情報を収集した。次いで,それらのポルフィリン誘導体への酸添加実験により,ポルフィリン環特有の可視領域のSoret-吸収帯と入れ代わるように一層の長波長領域に新たな吸収帯を与えること,また逆にアミン類を用いた中和反応により元のスペクトルをほぼ完全に再現することを観察した。すなわち,本システムは安定な可逆系として一般化できることを確認した。最終年度の25年度では,その可視領域の吸収帯をプロトンや金属イオンを引き金とする弱い外部刺激により近赤外(低エネルギー)領域にシフトさせること、また,それら両吸収帯を持続的(副反応を伴わず)に可逆的変換できる制御手法を確立し一層の高感度化を図ることであった。前年度までの成果に基づいて,新たに6種のポルフィリン誘導体を設計し,プロトンや金属イオンの受容成分を種々検討した。また,熱力学的には安定ではあるが稼動性の高い(共鳴エネルギーが小さい)スペーサー成分についても精査した結果,Soret-吸収帯の著しい分裂現象と長波長シフト化現象を観察した。さらに,Q-吸収帯についても,感度向上のための吸収強度増強のための構造要素を導き出すこともできた。3年間の当該研究において得られた成果(投稿中および準備中)に基づいて一層発展させるべく,本システムの実用化を指向した新たな基盤研究を26年度から開始することになった。近赤外領域の微弱な外部刺激に敏感に応答する素子は、高度情報化社会生活における多種多様なセンサー機能などの中枢を担う。中でも光や酸や熱などの外部刺激に対して電子構造が変化し、これに連動する大きなスペクトル変化を誘起する有機分子は、機能性素子材料開発研究における実質的な主役である。本研究では、外部刺激受容成分を一次元拡張共役系の末端に導入したポルフィリン誘導体を用いて、近赤外領域の吸収帯を安定に可逆的に明滅させるシステム化を目指すものである。

ポルフィリン環特有の可視領域の強度の大きなSoret帯(光合成反応の主たる機能性吸収帯)を、プロトンや金属イオンを引き金とする弱い外部刺激により近赤外領域に移動させ、可視及び近赤外の両領域における吸収帯を可逆的に変換できるシステムの設計、構築、制御手法を確立する。その目的のために,一次元拡張共役系末端にプロトンや金属イオンの高感度受容成分,電子的刺激の伝達効率を調整するために配向様式の異なるスペーサー、そして機能性成分の三成分をジアセチレン結合によって連結する完全な一次元拡張共役系分子を設計した。分子中の各成分が、距離も構造も明確で剛直かつ電子伝達にも有効なジアセチレン結合で連結されているので、分子の構造ー機能相関が容易に解析評価できる。プロトン源や金属イオン源を添加することにより、末端の外部刺激応答成分に加わる刺激がスペーサーを通して約2nm離れた他端の機能性成分であるポルフィリン環の電子状態へ伝達される効率を定量的に解析する。その影響効率を調節制御できるようになると、材料としての機能物性を合目的にコントロールできることになる。従来の型にない機構による可逆的変換システムが完成すると、酸や金属イオンに対する一層の高感度センサー創出に止まらず、光スイッチや高密度メモリーなど一層の省エネルギー型生活支援素子材料の開発研究にも繋がる。24年度は,これ迄の成果に基づき,1)新たに6種類の一次元拡張共役系ポルフィリン誘導体を分子設計し合成した。一端にポルフィリン環を,他端に酸検知成分を,その間に電子受け渡しの調節成分であるスペーサーを配し,これら3個の構成成分を共役系に関与することが可能であり剛直なジアセチレン結合により連結した系であり,何れも良好な収率で合成することができた。2)酸の添加により更に長波長領域に新たな吸収帯を与えることを観察するとともにアミン類を用いた中和により元のスペクトルをほぼ100%で再現することを見出しており,本誘導体骨格が安定な可逆システムとして一般化できることを確認した。そして,3)別途平行して推進している関連研究における構造物性相関解析から,類似のジアセチレン連結共役系においてスペーサーとして用いて来たベンゼン環やビチオフェン環をアントラセン環に置き代えることにより,両端の構成成分間の電子的コミュニケーションが顕著に高まることが判明した。そこで,4)酸添加により発現する新たな吸収帯を近赤外領域に一層近づける構造要素について検討を行ない,上記の知見を取り入れた対応するアントラセン誘導体を分子設計して合成し,酸添加に対する予備実験を行なったところ,予想通り,酸への応答感度(電子吸収スペクトルにおける極大値および強度)が著しく向上するという結果を得たところである(投稿論文準備中)。23年度は,申請者のこれ迄の成果に基づき,ポルフィリン環に特有の可視領域の強度の大きなSoret帯(光合成反応の主たる機能性吸収帯)を、プロトン源を引き金とする弱い外部刺激により長波長領域に移動させ、またその新たな吸収帯を可逆的に元に戻すシステムの設計及び構築を行った。その結果,プロトン受容性部位を2カ所もつ成分を拡張共役系末端に導入したポルフィリン誘導体の合成に成功し,従来の誘導体に比べ,Soret吸収帯を一層長波長シフトさせることを観察した(一部の成果については,日本化学会第92春季年会で発表,慶応大学日吉キャンパス(横浜市))。
日本犬の成立に寄与したニホンオオカミのゲノム領域の解明

代表的な日本犬種である紀州犬、秋田犬、柴犬、保存状態のよい二ホンオオカミ(3個体)それぞれ3個体ずつ、およびニホンオオカミのタイプ標本とヤマイヌの標本(各1個体)からゲノムDNA配列を決定する。その情報からニホンオオカミ固有の塩基置換を抽出し、日本犬ゲノムにそれら固有の塩基置換が含まれる領域を明らかにする。次いでニホンオオカミ特有の形態に関わる遺伝子とゲノム領域を抽出する。さらに日本犬ゲノム中のニホンオオカミ由来領域と、ニホンオオカミの島嶼適応に関わった可能性のある領域との重なりを抽出する。これにより島嶼適応したニホンオオカミの遺伝情報が日本犬の成立に寄与したことを明らかにする。
Ｓｉ量子ドット集積構造による弾道電子制御と低電圧駆動高効率電子放出デバイスの創成

本年度は、前年度に考察したSi量子ドット多重集積構造の電圧印加時のエネルギーバンド構造について知見を深めるため、大型放射光施設SPring-8を利用し、Si量子ドット多重集積構造における電圧印加時の各Siドット層の電位状態を評価した。Si量子ドット6層積層構造に0Vから-6Vを印加し、光電子脱出角度87度で測定したSi1s内殻光電子スペクトルから、Si基板およびSi量子ドットに相当するSi-Si結合成分およびSiO2に相当するSi-O結合成分ともにエネルギーシフトおよび半値幅の増加が観測された。また、Si-Si結合成分に関しては、印加電圧の増加に伴い、スペクトル形状の変化が認められた。これは、電圧印加による基板および各ドット層の電位変化を反映し、それらが重畳した結果として解釈できる。次に、広角対物電子レンズを用いて、光電子脱出角度の異なる光電子を同時に取り込み、得られたSi1sスペクトルのSi-Si結合成分をピーク分離することで、各Si量子ドット層の電位変化を調べた。ピーク分離は、6層のSi量子ドットおよびSi基板の7成分を用い、Si量子ドットに相当する半値幅は一定とした。また、各層のSi量子ドットの信号強度はSi1s信号の光電子脱出深さを11nmとして、Pt上部電極、Si量子ドット、相間絶縁膜の各膜厚より求めた信号強度の深さ方向に対する減衰率を考慮して決定した。ピーク分離の結果、光電子脱出角度を浅くし、表面敏感測定するに伴い、高結合エネルギー側の強度が相対的に増大することが確認でき、表面側では各ピークのエネルギー差が広く、基板側に向かってエネルギー差が小さくなることが分かった。この結果は、基板側に比べ上層側のSi量子ドットに電界集中が起きていることを示唆しており、前年度の考察が概ね正しいことを実証できた。28年度が最終年度であるため、記入しない。初年度は、不純物添加したSi系量子ドットの立体集積構造を作成し、不純物添加が電子放出特性に及ぼす影響について非接触AFMによる二次元電流像測定より評価し、不純物添加による電子注入効率の向上および積層構造上部でエネルギーバンドの曲りが顕在化することにより放出特性が向上することが分かった。具体的には、極薄Au/P添加Si量子ドット積層構造/n-Si(100)/Alスタック構造において、下部電極に負バイアスを印加した状態で探針-試料表面間距離を200nmに設定し、非接触で二次元電流像測定を行った結果、-5V以上の負バイアス印加で電子放出に起因した高伝導スポットが検出でき、印加バイアスの増加に伴い電流値が指数関数的に上昇することが確認できた。P添加していないSi量子ドット多重集積構造においては、-6Vから電子放出に起因した高伝導スポット観測でき、電流値もP添加した構造と比較して減少することが確認できた。この結果は、Siドット中のPドナーの正電荷が顕在化し、基板からの電子注入効率が向上することで放出電子が増加したためであると考えられる。さらに、両者の構造からの放出電子のエネルギー分布測定を行った結果、低電圧ではP添加していないSi量子ドット多重集積構造、高電圧ではP添加Si量子ドット多重集積構造の方が強度が大きいことが確認できた。この結果は、Pドナーの正帯電に起因した電子注入効率の上昇により、上層ドットでの電界集中が緩和されたためと考えられ、高電圧領域では、P添加Si量子ドットからの価電子放出に起因した上層ドットのバンド曲がりの増加により、高効率放出が起きたと考えられる。本申請では、高密度に形成したナノメートルサイズのSi結晶(Si量子ドット)において、ドット間の結合状態や多重連結によって生じる電子相関現象と機能を実験的に探索し、高効率電子放出デバイス創成を目的としている。初年度ではSiドットへの不純物添加を行い、ドット内での電子輸送および弾道電子放出へ及ぼす影響について実験的に明らかにしていることから、おおむね順調に進展していると考えている。

この結果は、基板側に比べ上層側のSi量子ドットに電界集中が起きていることを示唆しており、前年度の考察が概ね正しいことを実証できた。今後は、既に実績のある一次元連結Si量子ドット上にSi量子ドット立体集積構造を形成し、連結ドットでの高効率電子注入に起因した電子放出の高効率化を実証する。さらに、Siドット中にGeを内包したGeコアSi量子ドットでは、Siクラッドに電子、Geコア内に正孔がそれぞれ安定保持されることが分かっており、上層ドットに組み込むことで上層でのエネルギーバンドの曲がりが顕在化すると考えられる。これらをSi量子ドット多重集積構造に融合させることで、高効率電子注入層(一次元連結ドット)と高効率弾道電子放出層(GeコアSi量子ドット)とのハイブリッド集積構造による超高効率電子放出デバイスを実現する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
核内におけるイントロン分解とスプライシング因子のリサイクル機構の解明

高等真核生物の核にコードされる遺伝子の多くは、介在配列であるイントロンによって分断化されている。このため、核内で合成されたmlmA前駆体が、細胞質で蛋白質合成の鋳型として機能するためには、イントロンを取り除きエクソン同士を連結するmRNAスプライシングが必須となる。スプライシングにより切り出されたイントロンは核内にとどまり、スプライシング因子が除去された後分解されると考えられている。ヒトではイントロンはmRNA前駆体の実に95%を占めている。またsnoRNAやmicroRNAなどの機能的non coding RNAがイントロン上にコードされていることからも、イントロンの代謝は高等真核生物では重要な過程だと考えられる。しかし、その経路はほとんど明らかにされていない。本研究では、核内でのイントロンの代謝とスプライシング因子のリサイクル機構の解明を目的としている。イントロン代謝経路や、そこに関わる因子群を解析するため、in vitroスプライシング系を用いた精製系を開発し、イントロンータンパク質複合体を単離した。その結果、イントロン複合体中にはU2,U5,U6 snRNAが存在することがわかった。さらにこの複合体をグリセロール密度勾配遠心法により分画すると、沈降係数が大きいもの(L)と小さいもの(S)に分けられることがわかった。そして前述の3種類のU snRNPはLに存在し、Sにはほとんどないこと、さらにSに存在するラリアット型イントロンは脱ブランチ反応を受けやすいが、Lのものはほとんど受けないことがわかり、イントロンはスブライシング後にL、Sという二つの過程を経て分解されていくことがわかった。またイントロン複合体に存在する蛋白質因子群の同定を行い、いくつかのタンパク質を同定した。そしてそれらがラリアット型イントロンと結合していることをin vitroスプライシング反応系を用いて確認した。真核生物の核にコードされる遺伝子の多くは、介在配列であるイントロンによって分断化されている。このことにより、核内で合成されたmRNA前駆体が、細胞質で蛋白質合成の鋳型として機能するためには、イントロンを取り除きエクソン同士を連結するRNAスプライシングが必須となる。スプライシングにより切り出されたイントロンは核内にとどまり、スプライシング因子が除去された後分解されると考えられているが、その代謝経路はほとんど明らかにされていない。またsnoRNAやmicroRNAなどの遺伝子発現調節に関わるnoncoding RNAがイントロン上にコードされていることからも、イントロンの代謝は高等真核生物においては重要な過程だと考えられる。本研究では、核内でのイントロンの代謝とそれに伴うスプライシング因子のリサイクル機構の解明を目的としている。そこでこれまでに同定されている因子、hDBR1に注目し、hDBR1と複合体を形成している因子の同定を試みた。培養細胞でFlagタグを付けたhDBR1を発現させ、Flagタグに対する抗体を用いて免疫沈降を行った結果、新規のタンパク質因子を同定することができた。この因子は核タンパク質であり、機能未知のものであった。またin vitroでの結合実験や細胞抽出液からの免疫沈降実験より、この因子はin vitroおよびin vivoでhDBR1と特異的に結合することを確認した。さらに、この因子の酵母での相同因子をクローニングし結合実験に用いたところ、酵母のDbr1に結合するのがみられ、酵母とヒトにおいて結合が保存されていることを見いだした。一方、イントロン-タンパク質複合体に存在する因子を網羅的に解析する目的で、in vitroスプライシング系を用いた精製系を開発し、イントロン-タンパク質複合体の単離に成功した。
海馬シナプスへの長期増強に果たす電位依存性カルシウムチャネルの役割

脳の機能を理解する上で重要な概念のひとつであるシナプスの可塑性に関する実験を行った。シナプス可塑性のモデルのひとつとして長期増強現象が挙げられるが、その機序の違いからNMDA受容体(グルタメート受容体のサブタイプのひとつ)依存性の長期増強とnon-NMDAタイプの二つに分類されている。NMDAタイプのものは、NMDA受容体からのカルシウムイオン(Ca^<++>)流入が重要だと考えられてきたが、これまでその直接的証拠は報告されていない。そこで、本研究ではNMDA受容体依存型長期増強の形成がNMDA受容体だけからのCa^<++>流入なのかあるいは電位依存性カルシウムチャネル(Voltage Gated Calcium Channel;VGCC)からの流入も関与するのかを薬理学的手法を用いて調べた。実験は、モルモット海馬スライス標本(500μm)を用いて、シナプス入力を加えるためにCA2/CA3の放線層に設定した電極から電気刺激を与え、CA1の放線層から細胞外電位を記録した。そして、長期増強の指標としてフィールド興奮性シナプス後電位(f-EPSP)の傾斜をモニターした。長期増強を誘導するためにθバースト刺激(10回、5Hz、5秒間隔)を用いた。初めに、θバースト刺激による長期増強(θ-LTP)は、NMDA受容体依存型かを見るためにその拮抗薬であるDL-APV(30μM)を灌流した。その結果、一過性の増強は見られるがθ-LTPは完全に阻止された。このことから、θ-LTPはNMDA受容体の活性化を介して形成されると結論した。次に、このθ-LTPの誘導に電位依存性カルシウムチャネルが関与するかどうかを調べるために、VGCCのブロッカーを用いて実験を行った。VGCCには、L/T/N/P型の4種類あるが、伝達物質放出を調節しているN型を除いた3種類について検討した。3種類のVGCCのブロッカー(L→ニフェジピン、T→ニッケル、P→ω-アガトキシン)が、低頻度刺激のシナプス伝達にはなんら影響を与えないことを確かめた後、θ-LTPに対する効果を調べた。その結果、コントロールのθ-LTPの大きさは、187%(θバーストを加える前のf-EPSPの傾斜を100%として)となるそれに対し、ω-アガトキシン(60nM)を加えるとθ-LTPの大きさは119%とコントロールに比べ約1/4に抑制された。ついで、ニッケル(25μM)存在下では135%と抑制されたが、ニフェジピン(30μM)では174%とほとんど影響は与えなかった脳の機能を理解する上で重要な概念のひとつであるシナプスの可塑性に関する実験を行った。ついで、ニッケル(25μM)存在下では135%と抑制されたが、ニフェジピン(30μM)では174%とほとんど影響は与えなかった
芳香族アミン曝露者に発生する尿路上皮腫瘍の分子生物学的研究

化学染料工場においてベンチジンなどの芳香族アミンに曝露し、その後尿路上皮癌を発症した職業性尿路上皮癌は、自然発生尿路上皮癌と比較してさまざまな生物学的行動が異なることを報告してきた。しかし、従来の病理組織学的検査ではその差を特定できなかった。本研究では、多量の発癌物質に曝露された集団のなかでも発癌するものとしないものがあることから、発癌に関わる労働環境因子と宿主特異的因子の差を分子疫学的に解析した。続いて、自然発生尿路上皮癌と職業性尿路上皮癌組織において免疫組織染色によるp53過剰発現とDNA sequence analysisによるp53遺伝子突然変異を検討し、両者における差を検証した。芳香族アミン曝露者のなかで、癌発症群と発症のない群のGSTM1遺伝子多型を検討し、発癌者においてGSTM1遺伝子欠損者が多い傾向を認めた。労働環境因子とGSTM1遺伝子の発癌に関わる影響は、小規模工場での就労、就労期間などの労働環境因子がGSTM1遺伝子欠損を凌駕した。2.芳香族アミン曝露者におけるp53遺伝子変異の検討:p53過剰発現陽性率は職業性尿路上皮癌では自然発生尿路上皮癌に比べ、有意に高い陽性率を示した。有意に高い陽性率を示した(p=0.02)。職業性尿路上皮癌ではp53遺伝子変異の頻度は自然発生尿路上皮癌に比べ高い傾向を示した。p53遺伝子変異のexon7codon239,AtoGとexon5codon149,CtoTとexon5codon181,GtoCは、職業性尿路上皮癌においてのみ見られることより、これは多量の芳香族アミンに曝露されて発生した尿路上皮癌に特徴的な遺伝子変異かも知れない。PCR-SSCP法による職業性尿路上皮腫瘍のp53遺伝子突然変異の検討:教室に保存されている一般人口に発生する尿路上皮腫瘍4例、および、職業性尿路上皮腫瘍14例のパラフィン包理組織をp53免疫染色し、前者で4例中3例に、後者で14例全例でp53蛋白陽性であった。つぎに、パラフィン包理組織からDNAを抽出し、p53プライマーによってPCR法により増幅した。得られたPCR産物を泳動、分離したDNAを銀染色し、異常バンドを切り出しDNA抽出後再びPCR法により増幅した。このPCR産物をdirect sequenceした結果、一般人口に発生する尿路上皮腫瘍4例中1例でexon 6のcodon205にA to Gの点突然変異を認めた。他方、職業性尿路上皮腫瘍14例中2名において、exon 8のcodon279遺伝子のG to Aの点突然変異を認めた。現在、さらに症例数を増やすとともに、exon 5における点突然変異検索中である。職業性尿路上皮癌のp53遺伝子突然変異を自然発生尿路上皮癌のそれと比較した。免疫染色では、p53過剰発現は自然発生尿路上皮癌4症例中3例にみられた。他方、職業性尿路上皮癌14症例では全例でp53過剰発現が認められた。PCR-SSCP法では、自然発生尿路上皮癌4症例中1例でexon6のcodon205にAからGへの点突然変異がみとめられた。他方、職業性尿路上皮癌14症例では2例においてexon8のcodon279遺伝子にGからAへの点突然変異がみとめられた。職業性尿路上皮癌において認められたexon8のcodon279遺伝子にGからAへの点突然変異が、多量の化学発癌物質曝露により発生する尿路上皮癌の特性か否かは今後症例を増やし明らかにしてゆきたい。

化学染料工場においてベンチジンなどの芳香族アミンに曝露し、その後尿路上皮癌を発症した職業性尿路上皮癌は、自然発生尿路上皮癌と比較してさまざまな生物学的行動が異なることを報告してきた。しかし、従来の病理組織学的検査ではその差を特定できなかった。本研究では、自然発生尿路上皮癌と職業性尿路上皮癌組織において免疫組織染色によるp53過剰発現とDNA sequence analysisによるp53遺伝子突然変異を検討し、両者における差を検証した。p53過剰発現陽性率は自然発生尿路上皮癌(123症例)で42.3%であるのに対し、職業性尿路上皮癌(27症例)では66.7%と有意に高い陽性率を示した(p=0.02)。p53遺伝子変異は、自然発生尿路上皮癌29例中2例(exon 6 codon 205,A to G ; exon 8 codon 271,G to A)で、職業性尿路上皮癌21例中5例(exon 8 codon 271,G toA2例;exon 7 codon 239,A to G ;exon 5 codon 149,C to T ;exon 5 codon181,G to C)でみとめられた。有意差は見られなかったが、職業性尿路上皮癌においてp53遺伝子突然変異の頻度が高かった。また、p53遺伝子変異のexon 7 codon 239,A to Gとexon 5 codon 149,C to Tとexon s codon181,G to Cは、職業性尿路上皮癌においてのみ見られることより、これは多量の芳香族アミンに曝露されて発生した尿路上皮癌に特徴的な遺伝子変異かも知れない。