hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
省エネルギー相分離法を利用する廃液処理

これらの水-有機液体系塩が加わると、顕著な塩効果が現われ、完全混合系でも2液分離が起り、部分混和系の2液域はさらに拡大する。この塩効果は塩の濃度と種類に依存しており、重金属イオンによる効果の差異はアコカチオン生成の自由エネルギーと関係付けられる。硫酸塩水溶液に対する上述有機液体の溶媒効果については、2液分離域で塩は水相に濃縮され、均一溶液域では塩溶解度が低下する。したがってこれら有機液体は塩の濃縮分離に程度の差はあるものの何れも効果を有している。有機液体の水溶液からの回収法としては、水との相互溶解度あるいは塩析効果の温度変化の利用が可能であることが判ったが、第三の有機液体による抽出分離も期待できる。例えばTEPやTEGBEは温度の上昇に伴って、水相からTBP相に移行し、TBP/水相間の分配比は333kでも数倍に達する。この傾向は塩の共存下でより大きく、硫酸の共存には殆んど影響されない。(TBPに抽出された水分は再び温度を低下することにより相分離される)上述の有機液体と水との分離にはすべて温排水などの廃熱が利用できるため、午廃液処理法に要するエネルギーは極めて軽微であると考えられる。水-有機液体混合培養系の特性を利用する塩の濃縮,分離法は用いた有機液体の回収の可否,コストバランスによりその適用が制約される.EtylamineやPropylamineは水との分離回収が容易であるが,アミン類の性質上,対象となり得る塩が制限され,現時点では,基礎データは得られたものの,有望な対象をなお検討中である.TMP, TEPは水と完全混合を示し, TPP, TBPは何れも水との相互溶解度が小さい.水-りん酸エステル系の相互溶解度はエステルのアルキル基の大きさに依存することから, TEPとTBPの中間的性質を示す好都合な化合物の存在が予想される.一方,水-TBPO系では13°Cの下部臨界温度が存在し,相互溶解度は温度の上昇とともに減少し, 50°C以上では水相中のTBPO濃度は2%以下になる.上述の各系に塩が入った3成分系ではすべての系で2液分離が観測され,均一溶液域では結晶が析出し, 2液域では塩は水相に濃縮された.有機液体の回収については, TEP-TBP-水系の相互溶解度を測定したところ,温度変化を利用する抽出分離法の可能性を示す興味ある結果が得られ,現在研究を続行中である.これらの水-有機液体系塩が加わると、顕著な塩効果が現われ、完全混合系でも2液分離が起り、部分混和系の2液域はさらに拡大する。金属塩を含む水溶液に水と相互溶解する有機液体を添加すると、塩あるいは有機液体の水に対する溶解度が低下し、条件によって塩の晶出あるいは2液相分離が起る。この現象を廃液処理に利用し、有機液体を回収する方法の可能性を検討するために、本年度はまず利用が有望な有機液体を選定するための基礎調査を行なった。本処理法では使用後の有機液体を低コストで回収し得るか否かが問題となる。このため、エネルギーをほとんど必要とせず、低温廃熱などが利用できる常温附近での2液相分離を利用することを考えると、なるべく広い組成範囲にわたり常温附近に下部臨界点を有するような混合溶媒系が望ましい。上述の観点から有機液体として中級アルコール類と第二,第三アミン類について、金属硫酸塩-水-有機液体系の溶液組成と下部臨界温度との関係を調べた結果、以下のことが判った。アルコール系では、2-PrOH,t-BuOH系が常温附近で広範囲の組成の2液域を有するが、t-BuOH系の方がより広範囲である。ちなみに、Zn【SO_4】-【H_2】O-t-BuOH系における2液相の最大組成差はアルコールに富む層ではZn【SO_4】;0.005%,【H_2】O;18.5%であり、水に富む層ではZn【SO_4】;35.3%,t-BuOH;0.5%程度である。一方アルキルアミン系についてはジイソプロピルアミンならびにトリエチルアミンについて調べたが、これらアミンと水の混合溶液系は何れも常温附近に2液分離の臨界温度をもち、塩濃度が大きくなるに從って臨海温度は低下する。

アルコールあるいはアミンの添加により、溶液中の塩濃度は痕跡程度まで低下され、アルコールの回収には塩析効果が大きく安価なNaClのような塩による2液分離の利用も可能であり、アミンは母液を数十度に温めることによって容易に水と分離され回収し得る。塩-水-有機液体系の相互溶解度特性を利用するエネルギー消費の小さい塩の濃縮・分離と有機液体の回収法の可能性を検討するため、水と部分混和性と示す一連の有機液体に着目して基礎資料を蓄積してきた。1)水-グリコールエーテル系の相互溶解度この2成分系では、TEGBEを含む系は測定温度範囲内で完全混合であったが、EGBE、DEGHE系では322K、293Kのそれぞれ下部臨界温度を持つ溶解度曲線が得られた。したがってEGBE、DEGHEは前年度のTBPOと同様に温度変化による2液分離を利用して水と分離することが可能である。2)硫酸塩-水-グリコールエーテル系の相互溶解度これらの3成分系では、塩の溶解度に対する溶媒効果よりも混合溶媒の相互溶解度に及ぼす塩効果の方が顕著であり、TEGBE系でも2液分離が起こり、部分混和性のEGBE、DEGHE系では分離域が更に拡大した。これらの2液分離域で塩は水相に濃縮され、均一溶液域では塩の溶解度が低下する。したがってこれら有機液体は塩の濃縮・分離に有効である。TEGBEのTBPによる水相からの抽出分離の可能性を調べた結果、温度の上昇とともにTEGBEは水相からTBP相に移行し、333KではTBP相中のTEGBE量は水相中の数倍に達することが判った。
ゲルゾリンのアクチン繊維キャップ機構について

アクチンは細胞骨格の一種として広く真核細胞に分布しており、細胞形態の保持や変化、細胞運動、細胞分裂など細胞活動の全般にわたり深く関与している。アクチンのこれらの働きは、種々のアクチン調節タンパク質により制御されている。ゲルゾリンはアクチン繊維を切断し、その+末端に留まりその後のアクチン重合を阻害(キャップ)したり、G-アクチンの重合の際にはアクチンの「核」を安定化させる作用を持つ。ゲルゾリンは広く哺乳動物に存在し、Caやフォスファチジルイノシトールポリリン酸などによりそのアクチン結合能が影響を受けるので、アクチン繊維の形成・脱重合の制御における一つの要と考えられている。本研究では、ゲルゾリンの作用機作解明を目的とし、ゲルゾリンの持つ多様な機能のうち、特にアクチン繊維のキャップ構造の詳細を調べた。・ゲルゾリンが結合しているアクチン2分子は、F-アクチンの軸に沿った「縦」2つのサブユニットか、軸に直交する「横」2つのサブユニットか不明である。アクチンのCys374とLys191とを架橋した「横」のアクチン二量体はゲルゾリンと強く結合したので、報告されているように、酵素を用いて光架橋剤をアクチンのGln41に導入し、縦の2つのアクチン分子を固定化を試みたが、ゲルゾリンとの相互作用を調べるのに十分量の二量体は精製できなかった。・トランスグルタミナーゼを用いてゲルゾリンに蛍光物質(ダンシル)の導入を試みたところ、カルシウム存在下で平均1個の標識が入り、導入部位を決定したところ、ゲルゾリンのGln393にダンシルが導入されたことが確認された。このダンシルゲルゾリンを供与体として、Cys374にローダミンの導入されたアクチンを受容体として用い、蛍光エネルギー移動を測定したところ、アクチン-ゲルゾリン複合体におけるこれらの残基間の距離は34Aと求められた。
マウスPIWIファミリーの機能と精子形成

我々の研究室では、胎仔期において、MILI及びMIWI2がDNAのメチル化によるレトロトランスポゾンの制御に関与していることを見出したことから、これらのPIWIファミリータンパク質の機能を更に詳細に解析するために以下に記すトランスジェニックマウスを作成した。胎仔期ではDNAのレトロトランスポゾン遺伝子であるIAPやLine1の制御領域が高度にメチル化されることによってそれらのレトロトランスポゾンの発現が抑制されている。一方、MILI-KO及びMIWI2-KOマウスではDNAのレトロトランスポゾン遺伝子の制御領域のメチル化が低下することによって転写抑制が解除され、レトロトランスポゾンの転写が増加する。また、MILI及びMIWI2はsmall RNAであるpiRNAと結合し、そのpiRNAの中にはレトロトランスポゾンに対する配列も含まれている。しかし、そのpiRNAがMILI-KO及びMIWI2-KOマウスでは消失していることから、MILIまたはMIWI2はpiRNAを介してDNAメチル化によるレトロトランスポゾン制御に関与していると考えられる。また、胎仔期では、MILIは細胞質に局在する一方、MIWI2は核内に存在することから、MIWI2がこのDNAのメチル化機構に直接関与していることが示唆される。更に我々は、クロマチン免疫沈降法により、胎仔期の精巣においてMIWI2がゲノム、特にIAPやLine1の制御領域に結合していることも明らかにした。そこで、今回、DNAのトランスポゾン遺伝子の制御領域に結合するように設計したzinc fingerタンパクとMIWI2を融合したタンパク質を発現させるトランスジェニックマウスを作成し、このタンパク質の十分な発現を確認した。そこで、本年度は、PIWIファミリーとTDRD1複合体に関する詳細な解析を行なった。TDRDIはMILIやMWIと同様に、生殖細胞特異的に発現する精子形成及び生殖顆粒形成に必須のタンパクである。これら3つのタンパク間の相互作用を調べた結果、この3者は複合体を形成すること、MILIの細胞内局在は、TDRD1とMIWIの結合を介して制御されていること、が示唆された。一方、成体精巣においては、MILI、TDRD1、MIWIのいずれのタンパクも細胞質、特に生殖顆粒に局在する。ところが、Miwi欠損型円形精子細胞においては、核内にもMILI及びTDRD1が存在すること、またそれらの生殖顆粒への集積がみられなくなること、更には生殖顆粒の構造が崩壊していることを見出した。これらのことから、円形精子細胞におけるMIWIの細胞質局在は、MILIとTDRD1の細胞内局在を規定することが示唆された。この研究成果は学術論文で発表した。前述の結果より、MILIおよびTDRD1の細胞質への局在がMIWIを介しておこなわれていることから、MIWIに結合し、MIWIを細胞質にアンカリングさせるタンパクの存在が予想された。そこで、成体精巣内におけるMIWI結合タンパクを質量分析により同定した結果、γtubulin ring complex proteins(γtubulim, GCP2, GCP3, NEDD1)が同定された。円形精子細胞において、これらの分子はMILIなどと同様に生殖顆粒への局在が認められた。現在、これらの分子とPIWIファミリーの相互関係を解析している。我々の研究室では、胎仔期において、MILI及びMIWI2がDNAのメチル化によるトランスポゾンの制御に関与していることを見出したことから、これらのPIWIファミリータンパク質の機能を更に詳細に解析するために以下に記すトランスジェニックマウスの作成を行った。ここでのトランスポゾンはレトロトランスポゾンのことであるが、レトロトランスポゾンはゲノム上に多数存在する繰り返し配列で、転写、逆転写された後にゲノム上の別の場所に組み込まれる転写因子である。そこで、今回、DNAのトランスポゾン遺伝子の制御領域に結合するように設計したzinc fingerタンパクとMIWI2を融合したタンパク質を発現させるトランスジェニックマウス作成し、今後、解析を行う予定である。

しかし、そのpiRNAがMILI-KO及びMIWI2-KOマウスでは消失していることから、MILIまたはMIWI2はpiRNAを介してDNAメチル化によるレトロトランスポゾン制御に関与していると考えられる。また、胎仔期では、MILIは細胞質に局在する一方、MIWI2は核内に存在することから、MIWI2がこのDNAのメチル化機構に直接関与していることが示唆される。更に我々は、クロマチン免疫沈降法により、胎仔期の精巣においてMIWI2がゲノム、特にIAPやLine1の制御領域に結合していることも明らかにした。そこで、今回、DNAのトランスポゾン遺伝子の制御領域に結合するように設計したzinc fingerタンパクとMIWI2を融合したタンパク質を発現させるトランスジェニックマウスを作成し、このタンパク質の十分な発現を確認した。
蛋白質の柔らかいダイナミクスの機能発現

3年間の研究期間を通じて、以下のような研究の進展があった。(1)フォールディング研究で開発されたシミュレーション法を拡張して適用した。この方法をアクトミオシンに適用し、ミオシンがアクチンフィラメント上を動く機構を分析し、レバーアーム的な運動を示すもの、偏ったブラウン運動に相当するすべり運動を示すものなどが混在していることが示された。(2)Goモデル、および類似のモデルを用いて蛋白質のフォールディング過程を分析した。とくに、対称性の高い天然構造へのフォールディング経路は複数あり、そのどちらが選ばれるかは、実験または計算条件によって敏感に変化することを見出し、フォールディングの高次元座標空間を低次元のオーダーパラメータ空間で理解するときの論理を明らかにした。(4)蛋白質立体構造形成過程のシミュレーションを行い、国際的な立体構造予測コンテストであるCASP7に参加し、いくつかの蛋白質については上位の成績を占めた。(5)配列選択シミュレーションを行った。ランダム配列から始めて機能に関する選択を行うことによって、フォールディング能力が獲得されることを示したほか、得られた配列のフォールディング過程(個体発生)と選択による構造形成過程(系統発生)の間に相関があることを示した。(6)ナノメートルサイズの疎水的溶質としてカーボンナノチューブを取り上げ、溶質のまわりの水和構造を分子動力学計算を用いて分析した。溶質の空間的配置の効果の重要性を明らかにした。以下の(1)、(2)、(3)について研究の進展が得られた。(1)粗視化シミュレーション法の長時間運動への適用:多くの生理的現象は、10100ナノメートルに及ぶ蛋白質複合体がミリ秒以上の時間スケールで動作することによって生じる。こうした状況に対応するため、フォールディング研究で開発されたシミュレーション法を拡張して適用した。すなわち、アミノ酸を1つの点で表し、アミノ酸間に有効ポテンシャルが働くと考える粗視化を行うことにより、桁違いに長時間スケールの計算を実行した。この方法をアクトミオシンに適用し、ミオシンがアクチンフィラメント上を動く機構を分析した。数多くのトラジェクトリを分析すると、レバーアーム的な運動を示すもの、偏ったブラウン運動に相当するすべり運動を示すものなどが混在していることが示された。さらにモデルを整備することにより運動機構の本質に迫る道筋が明らかにされた。(2)粗視化シミュレーション法の開発および主成分分析:アクトミオシンのゆらぎダイナミクスを粗視化されたモデルで計算し、その主成分モードがミオシンの機能と密接に関係していることを明らかにした。(3)機能ファネル理論の展開:統計力学的モデルによりPhotoactive Yellow Proteinにおけるシグナル伝達機構を分析した。色素における光吸収が色素から離れた場所のアンフォールディングをもたらす機構を明らかにし、フォールディングの理論を機能発現に適用する方法を開拓した。また、RASの構造転移における経路を分析し、遷移状態での構造の乱れを理論的に予測した。本研究は、計算科学と統計物理学の手法を総合して、大規模構造変形ダイナミクスに関する概念と方法を創出し、「構造」=「機能」から「ダイナミクス」=「機能」という新パラダイムへの転換を先導することを目的とする。フォールディングの研究を通して発展したエネルギーランドスケープ理論の拡張と応用を核にして、数10nm以上の大規模構造、ミリ秒以上の長時間スケールの現象を扱う粗視化シミュレーション法を開発する。とりわけ、論争が続けられている分子モーターの動作機構の解明、アロステリック変形、シグナル伝達、複合体形成機構の解析など具体例を通して、蛋白質とその複合体の機能発現を理解、予測する新手法を開拓しようとする。17年度は、16年度に開発された粗視化シミュレーション法を活用し、分子モーターの機構解析を進め、アクチン表面とミオシン間の静電相互作用の役割について検討した。さらに、本研究の準備段階で開発している構造予測のための経験的方法を利用して、蛋白質立体構造形成過程のシミュレーションを行った。この方法では、数残基から10残基程度の構造と配列の相関を既知の構造データベースからの経験的サンプリングによって収集し、その統計的傾向を有効ポテンシャルの形で表現してLangevinダイナミクスに基づくシミュレーションを行う。

この方法を検討し、数10から100残基程度の蛋白質の構造を再現する能力をテストし、構造予測法として実用に近づけるための改良を行った。18年度は3年間のまとめを行い、以下のような研究の進展について総括した。(1)フォールディング研究で開発されたシミュレーション法を拡張して適用した。この方法をアクトミオシンに適用し、ミオシンがアクチンフィラメント上を動く機構を分析し、レバーアーム的な運動を示すもの、偏ったブラウン運動に相当するすべり運動を示すものなどが混在していることが示された。(2)Goモデル、および類似のモデルを用いて蛋白質のフォールディング過程を分析した。とくに、対称性の高い天然構造へのフォールディング経路は複数あり、そのどちらが選ばれるかは、実験または計算条件によって敏感に変化することを見出し、フォールディングの高次元座標空間を低次元のオーダーパラメータ空間で理解するときの論理を明らかにした。(4)蛋白質立体構造形成過程のシミュレーションを行い、国際的な立体構造予測コンテストであるCASP7に参加し、いくつかの蛋白質については上位の成績を占めた。(5)配列選択シミュレーションを行った。ランダム配列から始めて機能に関する選択を行うことによって、フォールディング能力が獲得されることを示したほか、得られた配列のフォールディング過程(個体発生)と選択による構造形成過程(系統発生)の間に相関があることを示した。(6)ナノメートルサイズの疎水的溶質としてカーボンナノチューブを取り上げ、溶質のまわりの水和構造を分子動力学計算を用いて分析した。溶質の空間的配置の効果の重要性を明らかにした。
嘔吐運動発現の脳内経路の研究(延髄弧束核における伝達物質の同定)

近年、神経伝達物質であるsubstance P(SP)が嘔吐反射に重要な役割を果たしているとの知見が報告されている。今回、延髄弧束核におけるSPの関与を、SP等の神経伝達物質を放出・枯渇させることで知られているcapsaicinとresinferatoxin(RTX)を使用して検討した。実際は、除脳イヌを非動化して、人工呼吸下で行い、横隔神経と腹筋支配神経の遠心性活動を記録し、嘔吐運動の指標とした。第4脳室へcapsaicin(10mg/ml)あるいはRTX(0.1mg/ml)を20μl投与すると、全てのイヌで、腹部迷走神経求心性線維の連続刺激によるretchingが消失した。一部のイヌで、capsaicin投与数分後、retchingが誘発されることを観察した。迷走神経刺激によるretching消失後も、弧束核の電気刺激(10Hz,±200-400μA)でretchingが誘発された。一方、迷走神経群パルス刺激による内側弧束核の誘発電位は、これら薬物の投与後、有意に減少した。迷走神経の群パルス刺激に興奮性応答を示す弧束核ニューロンは、capsaicinおよびRTXの投与直後から活動を増加したが、その活動頻度は徐々に減少し、投与数分後には迷走神経刺激に対する興奮性応答は消失した。以上の結果により、催吐性腹部迷走神経線維はcapsaicin sensitiveであることが結論される。従って、同線維から内側弧束核の細胞への伝達物質はSPである可能性が示唆された。これらの結果は、現在投稿準備中である。今後、neurokinin 1 antagonistの静脈内投与、脳室投与、マイクロインジェクション等により、嘔吐反射におけるSPおよびneurokinin 1 receptorの弧束核における関与を検討していく予定である。
慢性子宮内膜炎モデルの確立とテロサイトの病態への関与の解析

我が国において加速度的に進行する少子・晩婚化は社会問題となっており、生殖補助医療などの不妊治療による妊娠・分娩症例の数も増加傾向にある。妊娠成立には子宮の着床環境が非常に重要な因子であり、近年慢性子宮内膜炎の関与が注目されているが、その詳細なメカニズムは未だ明らかでない。我々は平滑筋収縮、免疫調節や子宮内膜脱落膜化に重要は役割を果たすテロサイトに着目した。慢性子宮内膜炎と子宮テロサイトの関与を検討した報告は未だない。本研究では、慢性子宮内膜炎における子宮テロサイトの発現・機能について検索し、今後の生殖医療への応用を目的とする。
非中世プラズマ中のソリトン

(1)これまでのMalmberg型円筒電極による閉じ込め方式に代えて、同軸多分割円筒電極群を用いたPenning Trap型の閉じ込め方式を開発し、非中世電子プラズマの閉じ込め時間が閉じ込め長に依存しないという成果が得られた。これにより、大ボリュームの非中世電子プラズマを生成することが可能となり、非中世プラズマにおける波動実験が容易となった。(2)同軸多分割円筒電極群のいくつかに直接高周波を印加して低(l,m)モードの静電波を励起し、その周波数の電子温度ならびに電子密度依存性を調べ、理論的予測との比較を行なった。これにより、線形領域での波動特性を知ることができた。(3)変調された電子ビームを入射することにより、初めて(l,m)=(1,0)および(2.0)の静電モード波を励起することができた。(1,0)モードの励起は線形理論で説明できたが、(2.0)モードについては線形理論では説明がつかず、非線形モード結合の可能性が示唆された。従って、変調された電子ビームの入射は非線形モード波の励起実験に有効であると思われる。(4)ソリトン的モードを探すために低(l,m)モードの静電モード波の短パルス応答を調べた。静電モード波の振幅は指数関数的に成長した後、パルス印加後再び指数関数的に減少する。減衰時間はプラズマと外部回路との結合によって決まることがわかった。現在、外部回路との結合係数をいろいろと変化させてソリトン的モードを探している。(5)また、より周波数の高い電子プラズマ振動数付近の短パルス高周波および変調電子ビームを印加して波動応答を計測する準備をしている。
文書の画像的処理による効率的な剽窃検知手法の開発

本研究では,大規模なデータに対する効率的な剽窃検知手法を開発する.入力文書と大量の文書との類似を高速に計算するためのデータのサイズを削減する.文書中の出現語をベクトルで表現することによって,画像のフィルタ手法のアイデアを文書に適用する.研究手順として,まず,適切な語のベクトル表現の獲得方法を開発し,文書間類似度を算出するアルゴリズムを設計する.次に,開発したアルゴリズムを実装し,剽窃検知の対象となる文書データを収集する.最後に,剽窃検知の精度,実行時間,検知用データのサイズを測定し,提案技術の効果を検証する.本研究では,大規模なデータに対する効率的な剽窃検知手法を開発する.入力文書と大量の文書との類似を高速に計算するためのデータのサイズを削減する.文書中の出現語をベクトルで表現することによって,画像のフィルタ手法のアイデアを文書に適用する.研究手順として,まず,適切な語のベクトル表現の獲得方法を開発し,文書間類似度を算出するアルゴリズムを設計する.次に,開発したアルゴリズムを実装し,剽窃検知の対象となる文書データを収集する.最後に,剽窃検知の精度,実行時間,検知用データのサイズを測定し,提案技術の効果を検証する.
フレイルの改善に寄与するライフスタイルの同定

「フレイル」は、日本老年医学会の声明によると、従来では「虚弱」や「老衰」などと表現され、加齢に伴う不可逆的な現象としての印象を有していたが、健常と要介護状態の中間と位置づけられ、改善の見込みが残されている、いわば可逆性の状態であるとされている。フレイルは体重減少・活力低下・活動減少・筋力低下・歩行能力低下のなかで3項目が該当した場合と定義される場合が多く、フレイルの予後として、生活機能障害や要介護状態のリスク、さらには死亡リスクに至るまで様々なリスクを上昇させることが多くの研究で明らかにされてきた。しかし、フレイルから改善するための因子は明らかにされておらず、改善因子について明示できれば、健康寿命延伸のための取り組みをより一層推進することと考えられる。そこで、本研究は、高齢者に対し調査を実施し、フレイルの改善に影響を与える因子や活動スタイルを検討することを目的とした。本年度は、高齢者を対象に身体的フレイル(体重減少:6ヶ月間で23kg以上の体重減少がある、活力低下:(ここ2週間)わけもなく疲れたような感じがする、活動減少:軽い運動・体操や定期的な運動・スポーツをいずれも行っていない、筋力低下:握力を測定し、男性は26kg未満、女性は18kg未満に該当した場合、歩行能力低下:歩行速度を測定し、1.0m/s未満に該当した場合)の測定に加え日常生活における活動の調査を実施した。また、縦断解析を実施するための経時データの収集も実施した。経時データについては、記録型データによる日々の活動や要介護状態に関する情報を扱い、それらの収集を行った。当初の計画通り、高齢者に対する調査ならびに経時データの取得が予定通り行えている。次年度は継続して経時データを収集ならびに縦断調査を行う予定である。当初計画していた補助員の採用において難渋し、次年度に継続して実施することとした。
スピーチコミュニケーション能力の育成に役立つマルチメディア教材の開発-国際化の進展に対応した,論理的で明晰な「話す力」の育成を目指して-

この研究の目的は,児童生徒に論理的で明晰な「スピーチコミュニケーション能力」を身に付けさせるために,パソコンで活用できるマルチメディア教材を開発することにある。この研究によって,次の成果が得られた。【研究成果】ハードディスクに次の(1)(2)の学習内容を記録したものと,これを操作するソフトウェアを開発した。(1)児童生徒のインタビュー・スピーチ・討論のビデオ映像・音声・音声の文字化情報(2)これらの技能を学習するための音声と画像による指示と解説開発したマルチメディアソフトはスピーチの学習(2本),討論の学習(1本),インタビューの学習(1本)の合計4本である。このマルチメディアソフトの機能は,次のとおりである。(1)子供達がメニュー画面からスピーチ,討論,インタビューのいずれかを選択する。(2)パソコンに,実際の授業の映像と音声が流される。(3)授業の内容について,パソコンの映像と音声で子供たちに課題が出される。(4)子供達は,課題に答えるために繰り返し授業の映像や指示を見ることができる。(5)子供達が,パソコンの前で実際に話し合いをして与えられた課題を解決する。(6)一人一人の子供が自分で考えた答えをパソコンに音声で録音し文字で入力する。(7)パソコンの前の子供達が画面上の授業の中野討論の結果を見る。(8)子供達が,自分たちの出した答えと比べてみる。1小学校6校の教諭に依頼して,国語・算数・理科・社会・道徳・特別活動について活発に話し合い活動を行っている授業を実践していただいた。これらの授業はすべてビデオ収録した。2沖電気マルチメディア研究所,NEC中央研究所,NEC本社を訪ね,最先端のマルチメディア技術について専門家の助言を得た。また,マルチメディア教材開発の方針と方法について協議した。3米国MACROMEDIA社のMACROMEDIA DIRECTOR,米国ADOBE SYSTEMS社のADOBE PREMIEREを編集用ソフトとして,スピーチ・コミュニケーション技能の育成に役立つマルチメディア教材の開発を進めた。この教材には,既に収録した授業のビデオ映像と音声を取り込んだ。現在までに,次のようなシステムを開発した。(1)メニュー画面をクリックすると,小学生のスピーチ・話し合い・インタビューのビデオ映像と音声が現れる。(2)そのうち,小学生4年生の,国語の話し合いの授業のビデオをもとに,話し合いの方法を学習できる教材を開発した。この教材は,次のような機能を持っている。a画面上にビデオ映像とともに,教師の指示や,子供の会話を文字化して示すことができる。b子供が分からないときはいつでも繰り返すことができ,戻ることも進むことも容易にできる。c例えば「鵜」のような分からない言葉があれば,画面をクリックすると鵜飼いの図と説明が現れ,理解を助ける。d課題について,子供が話し合った結果を画面上に入力して記録することもできる。4指導方法を開発するために,日米のすぐれた授業を収録したビデオを分析し,その結果を報告した。この研究の目的は、児童生徒に論理的で明晰な「スピーチコミュニケーション能力」を身に付けさせるために、パソコンで活用できるマルチメディア教材を開発することにある。今年度の研究によって、次の成果が得られた。【研究成果】ハードディスクに次の(1)(2)の学習内容を記録したものと、これを操作するソフトウェアを開発した。

(6)一人一人の子供が自分で考えた答えをパソコンに音声で録音し文字で入力する。(7)パソコンの前の子供達が画面上の授業の中の討論の結果を見る。(8)子供達が,自分たちの出した答えと比べてみる。
福祉機器の随意的直接制御のためのヒト体内神経・筋活動電位計測システム

交通事故などにより脊髄損傷が生じ、四肢の機能を喪失することがある。これら四肢の運動機能を再建させる手段として、末梢の変性していない個々の神経・筋系を外部から刺激し制御する「機能的電気刺激(FES)」を導入することにより、簡単な随意的手作業をさせうる。しかし、このような患者では、本人の随意的な信号でFESシステム制御することは容易でない。この難点を解決するために、随意的制御のための信号源としての皮下の神経・筋系の活動電位を長期間安定に取得する「電極皮膚貫通端子前置増幅器系」を開発することが目的であり、以下の成果を得た。(1)生体内の微弱電気信号を検出する低雑音電極の設計論を確立した。(2)上記(1)から予測される低雑音電極の条件を満たすものとして、ステンレススチ-ル(SUS)の極細線電極を4種類試作した。これら電極の雑音特性は、いずれも、電極インピ-ダンスから予測された雑音特性と一致し、柔軟性、機械的強度などとあわせて総合的に電極を選択することが出来ることが示された。(3)上記SUS電極材を用いた刺激用電極について、毒性試験をおこない、安全性を確認した後に、ヒトによる臨床試験を60例行った結果、十分安全であることが確認された。(4)皮膚貫通端子用のスキンボタンの構成材料としてCPS系、MAS系、CPSA系結晶化ガラスの生体親和性について、培養神経節細胞での細胞接着試験と、家兎の皮膚へ埋め込んでの慢性試験の2つの方法によって調べた結果、とくに問題となることはないことが示された。(5)上記の結晶化ガラスが導電性を有するので、電極としての特性をも調べた。その結果、電気刺激の時の基準電極として兼用できるだけの良好な特性を有していることがわかった。多くの自由度を有する上肢の機能を回復させる手段として、末梢の変性していない個々の神経・筋系を外部から刺激する「機能的電気刺激(FES)」を導入することにより、簡単な随意的手作業をさせうるが、四肢麻痺患者では肩より下位への運動指令が伝達されないため、本人の随意的制御信号を検出することに大きな問題があり、高機能化を著しく制限している。この難点の解決のために、随意的制御のための信号源としての皮下の神経・筋系の活動電位を長期間安定に取得する電極ー皮膚貫通端子ー前置増幅器系を開発することが最終目的であり、以下の成果を得た。(1)生体内の微弱信号を検出する低雑音電極の設計理論を確立した。(2)上記(1)から予測される低雑音電極の条件を満たすものとしてSUS316L(25μmφ×19本)を実験に用いた。この電極は低雑音特性の他に生体親和性が良く、機械的強度が大きく、柔軟性に富むなどの特徴をも有している。雑音の大きさは本研究費で購入したFFTアナライザで分析した結果、5005kHzの帯域幅では約0.24μVpーp(露出する電極の長さ約10mm、生理食塩水溶液中)と過剰雑音もなく低雑音であり、筋電・神経インパルスなどの導出に非常に有効なものであることが確かめられた。なお、この電極の毒性試験、溶出試験を終了し、現在臨床的な治験を行っている。(3)結晶化ガラス(CaOーP_2O_5ーSiO_2系、MgOーAl_2O_3ーSiO_2系)を用いたスキンボタンのインピーダンス特性を調べた結果、FESにおける多チャネル刺激電極系の基準電極として使用することも可能であることが明らかになった。

(4)近々臨床的評価を行うのに先だって、上記スキンボタンの生体親和性を家兎に埋め込んで評価中である。交通事故、転落などにより脊髄損傷が生じ、四股の機能を喪失することがある。これら四股の運動機能を回復・再建させる手段として、末梢の変性していない個々の神経・筋系を外部から刺激し制御する「機能的電気刺激(FES)」を導入することにより、簡単な随意的手作業をさせうるが、このような患者一般に(とくに四肢麻痺患者では肩より下位への運動指令が伝達されないために)本人の随意的な制御信号を検出することに大きな問題があり、高機能化を著しく制限している。この難点を解決するために、随意的制御のための信号源としての皮下の神経・筋系の活動電位を長時間安定に取得する「電極皮膚貫通端子前置増幅器系」を開発することが最終目的であり、本年度は、以下の成果を得た。(1)昨年度確立した低雑音電極の設計論にしたがい、許容し得る範囲の雑音レベルで、より細くて生体への侵襲が少ない電極として、【○!1】25μmφ×7本(外径75μm)【○!2】15μmφ×7本(外径13μm)、【○!3】15μmφ×7本(外径45μm)を新たに設計・試作した。(2)上記の電極について、インピ-ダンスと雑音の測定を行った。その結果、25μmφ×7本、(外径75μm)が、実際に用いる時に有利であることが推定された。(3)皮膚貫通端子用のスキンボタンの構成材料はCaO-P_2O_5-SiO_2(CPS)系、MgO-Al_2O_3-SiO_2系(MAS)、CaO-P_2O_5-SiO_2Al_2O_3(CPSA)結晶化ガラスと補強剤としてのSiCウィスカ-で構成されている。このスキンボタンを家兎に長期的に埋め込む実験を行ったが特に問題はなかった。定量的な報告を行うまでには、もうすこし時間を必要とする。(4)動物実験、あるいは、ヒトにおける測定は、平成2年度以降も継続的に研究し、早急に臨床応用へ具体化したい。
広視野ガンマ線カメラを用いた気球実験によるMeV領域ガンマ線天体観測の開拓

X線・ガンマ線領域で、天体観測が最も遅れているMeVガンマ線を開拓すべく、ガンマ線が検出器中でコンプトン散乱した際の反跳電子の3次元飛跡を測定するという、新しい検出原理に基づいた、高感度広視野のコンプトン散乱型ガンマ線カメラを完成させた。このカメラは、ガスを用いた3次元飛跡検出器とピクセル型シンチレータを用いたガンマ線検出器から構成され、気球に搭載するため、小型省電力読み出し回路を開発した。X線・ガンマ線領域で、天体観測が最も遅れているMeVガンマ線を開拓すべく、ガンマ線が検出器中でコンプトン散乱した際の反跳電子の3次元飛跡を測定するという、新しい検出原理に基づいた、高感度広視野のコンプトン散乱型ガンマ線カメラを用いた気球実験を推進し、将来的には、衛星搭載による全天サーベイを目指す。本研究の第一の目的は、コンプトン反跳電子の3次元飛跡を測定する、新しい検出法による30cm角カメラを完成させ、気球に搭載し、天体からのサブMeV・MeVガンマ線を検出することである。第二の目的は、この観測の結果を基に、大陸間気球に搭載する銀河面サーベイ用および衛星に搭載する全天サーベイ用検出器の仕様や性能について検討することである。本研究は、X線・ガンマ線領域で、天体観測が最も遅れているMeVガンマ線領域を開拓すべく、ガンマ線が検出器中でコンプトン散乱した際の反跳電子の3次元飛跡を測定する新しい検出原理に基づいた、高感度広視野のコンプトン散乱型ガンマ線カメラを用いた気球実験を推進することを目的とする。平成20年度に、以下の成果を得た。(1)8×8chのマルチアノード型光電子増倍管に、GSOシンチレータ結晶(6mm×6mm×13mm)の8×8アレイを取り付け、光電子増倍管読出し回路を接続し、ガス検出器で散乱したガンマ線の2次元入射位置とエネルギーを測定するシンチレータ検出器を製作した。(2)気球実験では消費電力の制限が厳しいため、シンチレータ検出器の読出し回路の省電力化を行った。(3)コンプトン反跳電子の3次元飛跡を捉えるガス検出器を構成する、微細電極型ガス比例計数管、ドリフトケージ、および、ガス封じ切り型耐圧容器を製作した。(4)ガス検出器からの信号を省電力で読み出すために、高エネルギー加速器研究機構と共同で開発しているCMOS型ASICをガス検出器に接続するための回路基板を製作し、ガス検出器からの信号を取得した。(5)30cm角コンプトンカメラを用いて、エネルギーの異なる2つの線源のイメージングに成功し、角度分解能とエネルギー分解能を測定した。(6)ガス検出器中の3次元飛跡を検出する回路の処理法を改良し、位置分解能および検出効率を向上させた。(7)気球高度の大気中の宇宙線が、検出器周囲の物質と反応して生成するバックグランドをシミュレーションし、2006年に行った気球実験のバッググランドの定量的評価を行った。平成21年度に、以下の成果を得た。(1)平成20年度に引き続き、8×8chのマルチアノード型光電子増倍管に、GSOシンチレータ結晶(6mm×6mm×13mm)の8×8アレイを取り付け、光電子増倍管読出し回路を接続し、ガス検出器で散乱したガンマ線の2次元入射位置とエネルギーを測定するシンチレータ検出器を増設し、検出効率を向上させた。(2)気球搭載用シンチレータ検出器読出し回路の省電力化を行った。(3)コンプトン反跳電子の3次元飛跡を捉えるガス検出器を構成する微細電極型ガス比例計数管の大型化を行った。(4)ガス検出器からの信号を省電力で読み出すために、高エネルギー加速器研究機構と共同で開発しているCMOS型ASICをガス検出器に接続するための64ch回路基板を製作し、ガス検出器からの信号を取得した。(5)検出効率向上のため、ガス検出器に用いるガスの組成比最適化および高圧化を行った。(6)測定エネルギー広帯域化のため、電子陽電子対生成過程によるガンマ線検出の角度分解能・検出効率を測定した。(7)30cm角コンプトンカメラの角度分解能、エネルギー分解能、検出効率を測定した。(8)次回の気球実験で予想される、天体ガンマ線およびバックグランドのエネルギースペクトルのシミュレーションを行い、感度向上のための検出器配置最適化を行った。

本研究は、X線・ガンマ線領域で、天体観測が最も遅れているMeVガンマ線領域を開拓すべく、ガンマ線が検出器中でコンプトン散乱した際の反跳電子の3次元飛跡を測定する新しい検出原理に基づいた、高感度広視野のコンプトン散乱型ガンマ線カメラを用いた気球実験を推進することを目的とする。平成22年度に、以下の成果を得た。(1)平成21年度に続き、8×8chのマルチアノード型光電子増倍管に、GSOシンチレータ結晶(6mm×6mm×13mm)の8×8アレイを取り付け、気球搭載用に開発した省電力の光電子増倍管読出し回路および高圧発生回路を接続し、ガス検出器で散乱したガンマ線の2次元入射位置とエネルギーを測定するシンチレータ検出器を増設し、検出効率を向上させた。(2)ガス検出器からの信号を省電力で読み出すために、高エネルギー加速器研究機構と共同で開発しているCMOS型ASICをガス検出器に接続するための回路基板を製作し、ガス検出器からの信号を取得した。(3)30cm角コンプトンカメラのシミュレーターを開発し、実機の角度分解能および検出効率と比較を行い、シミュレーターの改良を行った。(4)ソフトウエアによる、ガス検出器の飛跡判定の一部をハードウエア(FPGA回路)で処理することにより、測定デッドタイムを減らすことができた。(5)前回の気球実験における観測データ解析および検出器のバックグランドシミュレーションを行い、宇宙背景ガンマ線および大気拡散ガンマ線の観測結果を論文発表した。(6)次回の気球実験で予想される、天体ガンマ線およびバックグランドのエネルギースペクトルのシミュレーションを行い、感度向上のためのシンチレータ検出器の配置最適化を行った。平成23-24年度に、以下の成果を得た。(1)これまで、ガス検出器からの立上り信号のみを取得していたが、立下り信号も取得できるようにリアルタイム位置演算回路を改良し、各信号ストリップからの電荷量の算出が可能となった。(2)KEKと共同で開発した低消費電力ガス検出器信号処理ASICからのデジタルデータを一時記録する回路を増設し、連続的に記録できるようにし、データ収集効率を向上させた。(3)これまで、ガス検出器のアノード信号とカソード信号をリアルタイムでコインシデンスを取り、データ取得していたが、読み出し回路の改良を行い、アノード信号とカソード信号のヒット情報を独立に読み出す方式に変更し、オフライン解析で、飛跡を再構成することで、飛跡点の取りこぼしが減ったため、飛跡の測定精度が上がり、ガンマ線の検出効率が一桁向上した。(4)気球搭載の電池から、検出器および気球装置インターフェース回路に必要な多様な電圧を生成するための電圧変換回路を作成した。検出器の大型化により、信号数は、前回の2006年の気球実験で使用した検出器の3倍であるが、消費電力は、検出器の低消費電力化により、同程度となった。(5)気球搭載時と同じように、コンプトンカメラを耐圧容器に入れ、低温低圧の環境試験を行った結果、予想よりも低温となり、対策が必要であることが分かった。(6)海外での次期気球実験で予想される、天体ガンマ線およびバックグランドのエネルギースペクトルのシミュレーションを行い、観測計画を立てた。24年度が最終年度であるため、記入しない。
対称性の破れが誘起するクラスレートの特異な物性とその発現機構に関する理論的研究

クラスレート化合物の特徴は,籠の中に含まれるゲストイオンの対称性の破れによりその物理的性質が大きく変化することで,ゲストイオンがオンセンターの場合とオフセンターでは全く違う物理的特性を示すことが,フォノン熱伝導の測定から明らかになっている.本研究では,オフセンターにおけるラットリングフォノンによってどのような励起スペクトルが得られるのかを示し,系の特徴であるガラス的な振る舞いとの関係を明らかにした.クラスレート化合物の特徴は,籠の中に含まれるゲストイオンの対称性の破れによりその物理的性質が大きく変化することで,ゲストイオンがオンセンターの場合とオフセンターでは全く違う物理的特性を示すことが,フォノン熱伝導の測定から明らかになっている.本研究では,オフセンターにおけるラットリングフォノンによってどのような励起スペクトルが得られるのかを示し,系の特徴であるガラス的な振る舞いとの関係を明らかにした.本研究課題の目的は,クラスレート化合物におけるガラス的な物性の発現機構の解明とその物性の理解を目指すものである.本年度は,内包化合物クラスレートにおけるゲストイオンのラットリング振動状態を解明するため,特に,THz領域でのダイナミクスに関する理論を構築した.これによって,オフセンター系に対して初めてフォノンの分散関係を求め,オンセンター系との違いを定性的及び定量的に示した.オフセンター系のモデルに対して得られたフォノンのエネルギー分散では,音響フォノンの横モードのブランチが波数に依存しないような,平坦な分散が現れる波数領域が低エネルギーに存在する.これは低エネルギーに横たわる,ゲストイオンのライブレーションモードとの結合によるもので,これこそがオンセンター系とオフセンター系の物性の違いの本質であると結論付けた.また,充填スクッテルダイト系やパイロクロア酸化物系で見られるようなラットリングフォノンと多軌道電子系との相互作用を議論するためには,多軌道電子系の物性を理解することが必要であると考え,多軌道の効果が重要な物質系である鉄砒素超伝導体の物性を調べた.平均場近似および乱雑位相近似を用いてスピン励起を計算した結果,実験で観測されているスピン波励起の特徴を再現し,これらの励起の特徴と磁気秩序の強さとの関係性を示した.また,反強磁性金属相におけるディラックフェルミオンが物性にどのように寄与しているかを調べて,ホール係数やゼーベック係数などの伝導係数における特異な振る舞いをディラックフェルミオンの観点から統一的に説明した.クラスレート化合物の特徴は,籠の中に含まれるゲストイオンの対称性の破れによりその物理的性質が大きく変化することで,ゲストイオンがオンセンターの場合とオフセンターでは全く違う物理的特性を示すことが,フォノン熱伝導の測定から明らかになっている.オフセンターではガラス的な振る舞いが見られるのが特徴で,ラットリングと関係があると考えられている.本研究課題の目的は,クラスレート化合物におけるガラス的な物性の発現機構の解明やラットリングフォノンの物性の理解を目指すものである.本年度は,ガラス的な振る舞いが,カゴに閉じ込められたゲストイオン単独のダイナミックスを反映したものではないことや,フォノン熱伝導のプラトーの起源は低エネルギーの光学モードとの結合にあることなどを明らかにした.さらに,オフセンター系に対しては、温度に依存しないブロードなスペクトルが観測されるが,これは局所的な対称性の破れと深い関係があることを明らかにした.また,充填スクッテルダイト系やパイロクロア酸化物系で見られるようなラットリングフォノンと多軌道電子系との相互作用を議論するためには,多軌道電子系の物性を理解することが必要であると考え,多軌道の効果が重要な物質系である鉄系超伝導体の物性を調べた.平均場近似および乱雑位相近似を用いてL端共鳴非弾性X線散乱スペクトルを計算して,理論的に予想される特徴を明らかにした.クラスレート化合物の特徴は,籠の中に含まれるゲストイオンの対称性の破れによりその物理的性質が大きく変化することで,ゲストイオンがオンセンターの場合とオフセンターでは全く違う物理的特性を示すことが,フォノン熱伝導の測定から明らかになっている.オフセンターではガラス的な振る舞いが見られるのが特徴で,ラットリングと関係があると考えられている.本研究課題の目的は,クラスレート化合物におけるガラス的な物性の発現機構の解明やラットリングフォノンの物性の理解を目指すものである.本研究では,これまで系のラットリング励起状態を調べるために,光や中性子などのプローブに対してどのような性質を見せるかを研究してきた.本年度は,イオンの空間反転対称性が局所的に敗れた系とそうでない系のそれぞれに対して,なぜ対称性の破れた系のみが構造ガラスと同じような熱的諸性質を示すのかについての一般理論を展開した.また,多軌道電子系の物性を理解するために,クロミウムにおける電子励起の性質について,平均場近似および乱雑位相近似を用いたL端共鳴非弾性X線散乱スペクトルの計算により,理論的に予想される特徴を明らかにした.これにより,充填スクッテルダイト系やパイロクロア酸化物系で見られるようなラットリングフォノンと多軌道電子系との相互作用を議論する発展的研究に今後つながると期待できる.本年度は4年計画の最終年度にあたり,これまでの研究成果を踏まえて,中心からずれたゲストイオンを有する系の物性について,対称性の破れという観点から整理しまとめた.クラスレート化合物の特徴は,籠の中に含まれるゲストイオンの対称性の破れによりその物理的性質が大きく変化することで,ゲストイオンがオンセンターの場合とオフセンターでは全く違う物理的特性を示すことが,フォノン熱伝導の測定から明らかになっている.オフセンターではガラス的な振る舞いが見られるのが特徴で,ラットリングと関係があると考えられている.

本研究課題の目的は,クラスレート化合物におけるガラス的な物性の発現機構の解明やラットリングフォノンの物性の理解を目指すものである.ゲストイオンの位置の違い,すなわち空間反転対称性の局所的な破れに着目し,その背後にある物理的起源の理論的解明を行った.本研究において特に重要な課題であるTHz振動数モード,すなわち構造ガラスのボソンピークに対応するモードの起源について調べ,光学モードと音響フォノンの混成モードがボソンピークの起源となっていることを理論的に明らかにした.この成果は、内包化合物クラスレートだけでなく,構造ガラスのTHzダイナミクスにおける未解明の問題に対する研究にも大きく貢献できるものである.また,充填スクッテルダイト系やパイロクロア酸化物系で見られるようなラットリングフォノンと多軌道電子系との相互作用を議論するためには,多軌道電子系の物性を理解することが必要であると考え,多軌道性が物性に顔を出す典型的な物質系としてクロミウムと鉄系超伝導体の励起の性質を調べた.平均場近似および乱雑位相近似を用いてL端共鳴非弾性X線散乱スペクトルを計算して,理論的に予想される特徴を明らかにした.交付申請書に記載した研究の目的についての達成度は、計画通りに進んでいると考えられる.国際研究集会での発表、学術論文としての発表なども順調に行われている.25年度が最終年度であるため、記入しない。交付申請書に記載した研究の目的についての達成度は、計画通りに進んでいると考えられる.学会等での発表、学術論文としての発表なども順調に行われている.今後の研究ではさらに実験研究者との連携を深め、理論的な深化を行う.そして世界の研究者との情報交換を行いさらに広範囲な研究を遂行する.最終的にはこの成果を学術誌に総合報告として発表することを計画している.25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は最終年度であるため、これまでに得られた知見の総括・取りまとめを主眼とした研究遂行を行う.今後の研究ではさらに研究協力者との連携を深め、理論的な深化を行う.最終的にはこの成果を学術誌に総合報告として発表することを計画している.
白血病幹細胞活性を規定するポリコーム遺伝子群の下流遺伝子解析と薬剤耐性機序の解析

BMI-1強制発現した悪性リンパ腫(ML)細胞は抗癌剤に耐性であった。BMI-1高発現ML細胞はSurvivin蛋白の発現が増強されていた。Survivin mRNAには変化なく、post-translationalに制御されていた。抗癌剤耐性ML患者検体ではBMI-1およびSurvivinの発現が弱く、一方、抗癌剤耐性ML細胞ではBMI-1、Survivinの発現は強かった。ポリコーム遺伝子群の一つであるBMI-1蛋白は急性骨髄性白血病(AML)細胞をはじめとして悪性腫瘍で発現が増幅されており、細胞増殖・老化抑制・抗アポトーシス作用・分化抑制に寄与している。したがって、この蛋白は自己複製・細胞増殖のkey regulatorと想定される。臨床的にはBMI-1高発現芽球が増加すると治療抵抗性になることを観察し、BMI-1が細胞の増加ばかりでなく、薬剤の感受性にも関与していることも報告した。どのような契機により、BMI-1が高発現を呈するのか全く不明であり、この遺伝子が発現することによりなぜ薬剤耐性および予後不良になるのかも分子生物学的に明らかにされていない。本研究では疾患によるBMI-1蛋白発現の違い、BMI-1の高発現の機序、およびBMI-1の下流遺伝子、薬剤耐陸の機序も明らかにすることを試みる。実際、CML患者の検体でイマチニブ使用前・使用後におけるBMI-1の発現の検討を行った。イマチニブ使用後、BMI-1の発現は有意に低下しているが、患者によりその発現の低下も様々であった。この違いを検討することは治療効果・予後などを考える上で非常に興味深く、臨床的にも大いに意義があると考えられる。平成20年度血液悪性腫瘍細胞株を用いたBMI-1高発現とその下流遺伝子、多剤耐性の解析リンパ球系細胞株、骨髄球系細胞株にBMI-1を高発現させ、抗癌剤に対する反応性を解析した。BMI-1高発現細胞株はCML細胞株ではイマチニブの反応性が低下し、また、細胞株の種類により、BMI-1高発現群ではVP-16による抗腫瘍効果の低下が認められる傾向にあった。現在、gene tipを用い、抗アポトーシス作用を及ぼしている遺伝子を解析中である。BMI-1蛋白の下流の遺伝子およびMDR-1に代表される治療抵抗性遺伝子についてCML、MDS、AML、急性リンパ性白血病・悪性リンパ腫なども含め血液悪性腫瘍患者由来の細胞で、その発現・機能を検討し、BMI-1の発現の増減を機能的側面からも検討したデータは存在せず、画期的な研究であるといえる。悪性リンパ腫細胞株(HTおよびRL)にBMI-1を導入し、多種に及ぶ抗癌剤に対する反応性を検討した。Etoposideおよびoxaliplatinに対してBMI-1高発現HTおよびRL細胞は耐性化傾向を示した。ところが、2種類の悪性リンパ腫細胞株はBMI-1の発現量には影響なく、irinotecanに対し耐性であった。前者2種類の抗癌剤はsurvivinを標的とする薬剤であることが報告されており、また、後者の抗癌剤はsurvivinとは全く関与しないことも報告されている。したがって、survivin蛋白の発現を測定した。BMI-1を導入した細胞はこの蛋白の発現が促進されていることが分かった。また、survivin mRNAの発現を調べたところmockとBMI-1導入細胞との間にmRNAの発現には差が見られなかったことから、post-translationalな作用機序によりsurvivin蛋白が増加したものと推測された。次に、抗癌剤耐性であった悪性リンパ腫患者由来3検体と抗癌剤感受性であった悪性リンパ腫患者由来3検体におけるBMI-1の発現を検討した。興味深いことに抗癌剤感受性悪性リンパ腫細胞はBMI-1およびsurvivinの発現が低く、逆に抗癌剤耐性悪性リンパ腫細胞はそれらの蛋白の発現は高かった。また、抗癌剤耐性悪性リンパ腫細胞はBMI-1の発現はetoposide存在下においてもほとんど低下しなかった。以上の解析結果は、BMI-1が抗癌剤耐性機構にも関与していることを示唆するものであり、現在、BMI-1がsurvivinを誘導する機序について更に検討中である。B細胞性悪性リンパ腫は高齢者では再発しやすく、び慢性大細胞型における5年無病生存率はリツキシマブが使用できる現在でも、50-60%前後にとどまる。我々は、ポリコーム遺伝子群BMI-1が、急性骨髄性白血病の独立した予後因子であることを報告した(Leukemia,2007)。そこで、悪性リンパ腫細胞におけるBMI-1の発現と抗癌剤の耐性に着目した。次に、BMI-1が抗癌剤耐性を誘導する機序を検討した。

EtoposideおよびoxaliplatinはSurvivinを標的とするため、Survivin蛋白の発現を検討した。BMI-1を強制発現したHTおよびRL細胞はSurvivin蛋白の発現がenhanceされていた。興味深いことにSurvivin mRNAの発現は変化なく、post-translationalな制御によって起こっているものと考えられた。次に、抗癌剤耐性であった悪性リンパ腫患者由来3検体と抗癌剤感受性であった悪性リンパ腫患者由来3検体におけるBMI-1およびSurvivinの発現を検討した。興味深いことに抗癌剤感受性悪性リンパ腫細胞はBMI-1およびSurvivinの発現が弱く、一方、抗癌剤耐性悪性リンパ腫細胞ではBMI-1、Survivinの発現は強かった。以上の解析結果は、BMI-1が抗癌剤耐性機構にも関与していることを示唆するものであり、BMI-1が抗癌剤の標的分子となりうることを示している。