hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模消散システムの階層化ネットワーク同定

本研究課題では,階層化ネットワークシステムを対象として,はじめにその可同定条件を導出し部分空間同定に基づく同定手法を与えた(以下では,階層化ネットワーク同定と呼ぶ).そして,階層化ネットワーク同定の発展として,分散固有直交分解によるモデル低次元化の手法も与えた.さらに,階層化ネットワーク同定を消散的なシステムへと拡張し,発展として供給率の同定手法も与えた.また,準備的な結果の導出の過程で,結合系・分布定数系のLyapunov安定性,消散性,有限周波数特性に関するいくつかの新たな成果も得た.一方で,本研究課題の成果の応用による検証やツールボックス開発に関しては,今後の課題として残った.本研究課題では,階層化ネットワークシステムを対象として,はじめにその可同定条件を導出し部分空間同定に基づく同定手法を与えた(以下では,階層化ネットワーク同定と呼ぶ).そして,階層化ネットワーク同定の発展として,分散固有直交分解によるモデル低次元化の手法も与えた.さらに,階層化ネットワーク同定を消散的なシステムへと拡張し,発展として供給率の同定手法も与えた.また,準備的な結果の導出の過程で,結合系・分布定数系のLyapunov安定性,消散性,有限周波数特性に関するいくつかの新たな成果も得た.一方で,本研究課題の成果の応用による検証やツールボックス開発に関しては,今後の課題として残った.平成22年度は、大規模消散システムの階層化ネットワーク同定を平成23年度以降に遂行するための準備として、大規模システムの消散性の解析と設計に関する予備的な結果の導出に重点を置いた。具体的には、(i)有限周波数特性を満たすシステムの解析(ii)有限周波数特性、安定性を満たすシステムの設計(iii)分布定数系の安定解析の3つのサブテーマを、ビヘイビアアプローチの消散性理論で重要な役割を果たす2次微分形式に基づいて考察した。また、階層化ネットワーク同定の基礎理論に関する研究も、部分空間同定やネットワークシステムの理論に基づいて、上と並行して進めた。平成23年度は、大規模消散システムの階層化ネットワーク同定を考える上での根幹となる階層化ネットワーク同定の理論の構築、および準備的なアプローチとして大規模システムの有限周波数特性の解析を行った。具体的には、(i)大規模システムの階層化ネットワーク同定(ii)有限周波数特性を満たすシステムの解析の2つのサブテーマを並行して遂行し、消散的な階層化ネットワーク同定へと進展に向けて繰り越し課題として(iii)マルチエージェントシステムの目的関数の同定を行った。(i)大規模システムの階層化ネットワーク同定については、サブシステムが均質である場合に対して、理論的な同定の枠組みと部分空間同定に基づく同定アルゴリズムを与えた。従来までのアプローチではネットワーク構造の同定が困難であったが、本結果ではその同定を可能としている点に意義がある。この成果は、計測自動制御学会制御理論シンポジウムにて発表し、さらに国際会議American Control Conference 2012に採録決定となった。また、国際論文誌への投稿を準備中である。さらに、この結果をサブシステムが不均質な場合へと一般化し、計測自動制御学会制御部門大会にて発表した。この成果は、国際会議への投稿を検討中である。(ii)有限周波数特性を満たすシステムの解析では、集中定数系の有限周波数特性の消散性による特徴づけに関して、研究代表者による従来研究の成果をより洗練させて、国内学会誌システム/制御/情報にて発表した。(iii)マルチエージェントシステムの目的関数の同定に関しては、申請者オリジナルの消散不等式と代数リカッチ方程式の解の関係の特徴づけを用いて、各サブシステムの振る舞いに基づき同定する手法を理論的に導出した。この成果は、SICE Annual Conference 2012にて発表した。本研究課題は、平成24年度では、消散的な2次元階層化ネットワークシステムの同定とその手法を導く最終目的のために、前年度の結果をより深く掘り下げる考察を行った。具体的には、(i)1次元階層化ネットワークシステムの同定と平成25年度への繰り越し課題として(ii)2次元システムの消散性の特徴付けの2つのサブテーマを遂行した。(i)では、サブシステムが均質である階層化ネットワークシステムに対して、サブシステムとネットワーク構造の両方を同時に同定する理論的な結果を与えた。この成果は、国際会議American Control Conference 2012にて発表した。(ii)では、平成25年9月に金沢大学金子修准教授の下に滞在し、ビヘイビアアプローチの観点から2次元システムの消散性の特徴付けに関する議論を行った。その結果、2次元システムの消散性と無損失性に関して、消散不等式・方程式を用いた特徴付けを得た。この結果は、従来研究によって困難と考えられてきた2次元システムのスペクトル分解に関する問題点を解決したことによるものである。また、システム同定の観点以外でも、ビヘイビアアプローチによる2次元システムの観点からもオリジナルな結果を与えている。この成果は、国際会議The 21st International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems(2014年7月にオランダ・グローニンゲン市にて開催)に採録決定となり、現在論文誌に投稿する準備中である。しかし、(i)と(ii)の成果を組み合わせることによる消散的な2次元階層化ネットワークシステムの同定については、理論的に完成に至らなかった。この点に関しては、今後の研究において解決されなければならない。本研究課題の階層化ネットワーク同定については、平成23年度において主として取り組み、当初の計画通りの進展をしている。また、その消散性を有する大規模システムへの拡張に関しては準備的な取り組みとなったが、マルチエージェントシステムの目的関数の同定への進展が見られるなど、当初の計画の段階で予想した成果が得られる見込みである。

このため、研究の目的に関しては、おおむね順調に進展していると言える。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題で得られた大規模消散システムの階層化ネットワーク同定の手法を電力ネットワークや流体力学など現実のシステムに適用する場合には、数値計算のアルゴリズムに関する十分な考察が必要である。具体的には、部分空間同定法による間接法や結合入出力法などが考えられる。これらの点に関しては、交付申請書の段階ではあまり考慮に入れていなかったが、本研究課題の最終年度となる平成24年度において、得られたアルゴリズムの利点や欠点について、十分に時間を配当して明確にする対応が必要である。
骨再生医療を用いた新規矯正歯科治療法の開発；上顎洞に関わる医原性歯根吸収への警鐘

矯正歯科臨床において、歯の移動は医原性の歯根吸収リスクを伴う。特に、解剖学的に骨が少なく歯根の移動の障壁となる上顎洞については、歯の移動の可否、歯周組織のリモデリングなど不明な点が多い。そこで本研究では、歯科矯正力による歯の移動モデルを使用し、上顎洞内における歯の移動に伴う歯根および歯周組織の変化を評価する。また骨欠損部位に対しては、骨補填材を用いて誘導する新生骨内への歯の移動の可否について検討を行う。さらに、cone beam CT(CBCT)により得られる患者の3次元データ解析を行い、歯の移動パタンと歯根吸収の関係を明らかにする。研究の全体構想は『骨欠損部位における歯根吸収を伴わない歯の安全な移動方法の確立』を目的とする。本研究課題の具体的な目的は『上顎洞を介した歯の移動の評価』および『骨再生医療を利用した歯の移動方法の確立』とし、基礎・臨床研究からアプローチし両分野で得られた結果を包括的に評価することである。1、現在まで基礎研究としては、ラットを使用し矯正学的歯の移動(Orthodontic tooth movement: OTM)モデルの作製を行ってきた。歯の近遠心方向へのOTMモデルの作製は完了し、Micro CTによる骨微細構造解析や歯根周囲組織の生化学的解析・組織学的解析を行っている。良好な結果が得られていることから、その手技を応用し上顎洞側へのOTMモデルの作製を検討している。2、臨床研究としては、矯正歯科外来受診者の診断用資料として使用されるcone beam CT(CBCT)の蓄積および解析を行っている。被験者CBCTデータから、矯正歯科治療における歯根吸収の現状の把握と上顎洞底と歯根の関係の分類基準の作製を行っている。現在までに術前資料として301名のCBCT画像を解析し、4000本を超える歯根について上顎洞底との関連を検討した。この内容は論文としてまとめ現在投稿中である。3、上記内容と平行し患者データの蓄積を行っており、矯正治療前だけでなく治療後の資料も集まってきている。これら資料から得られる患者の3次元データ解析を行い、歯の移動パタンと歯根吸収の関係を明らかにする。4、基礎および臨床研究から得られた結果を相互にフィードバックし包括的に評価を行っており、矯正歯科臨床における歯の移動に伴う医原性歯根吸収リスクを評価している。基礎研究において、当初の研究計画では矯正学的歯の移動(Orthodontic tooth movement: OTM)モデルの作製に時間を要すると考えていた。しかし、現在までに近遠心的OTMモデルの作製方法を確立し、骨微細構造解析、組織学的解析、生化学的解析を行うことができている。最終的には上顎洞側への歯を移動させるOTMモデル作製を目標としているが、パイロット実験として近遠心的OTMモデルにより得られた結果は今後の研究に重要な役割を果たすと考えている。また臨床研究においても、当初の計画よりサンプル数を増やす事ができ、月に2030名程度のデータ蓄積を継続している。本研究では対象となる被験者数が大きいため、研究データを管理するシステムの構築も必要であった。倫理審査の申請、患者説明用のマニュアル作成、撮影方法等の管理システムも現在までに構築することができた。矯正治療前のデータでは論文という形に既にまとまり、現在アメリカおよびヨーロッパの歯科雑誌へ複数投稿している。また、矯正治療後の患者データ収集も平行して行っており、順次N数が増えてきている。以上のように、基礎研究および臨床研究の両分野において当初の計画以上に進展していると考えられる。基礎研究は、上顎洞側へのOTMモデルを作製し、歯の移動後における歯根吸収および歯根周囲組織の評価を行う。パイロット実験を参考に、歯牙の移動の為に与える力の強さ、週齢、評価方法の検討を行っていく。具体的にはWistar系雄性ラット用い無作為に対照群、上顎臼歯を上顎洞側へ10gfで移動する群(Light force群)、30gfで移動する群(Heavy force群)の3群に分ける。骨のリモデリングおよび歯根吸収を評価するため、Micro CTによる骨微細構造解析を行う。最終的には上顎洞などの骨欠損部位に対し、医療用骨補填材を使用した骨再生医療技術を応用し、矯正治療における歯の安全な移動の新規技術の確立を目的としている。臨床研究においては、矯正歯科治療前後のCBCT画像を3次元的に重ね合わせ、治療内容および歯根への影響を精査する。現在まではレントゲンフィルムによる2次元的評価が主流であるため、3次元的重ね合わせから得られる所見は今後の治療に貢献できると考えられる。また患者CBCTデータ、治療内容および治療結果のデータベース作製・蓄積は前年度に続き、継続的に行っていく。上記で得られた結果は、基礎・臨床ともに重要な意味を持つが、より包括的な評価を行うために基礎研究および臨床研究の相互フィードバックを行う。これらの研究内容は海外学会を中心に発表を行う予定であり、また論文として海外雑誌へ投稿する予定である。

さらに、cone beam CT(CBCT)により得られる患者の3次元データ解析を行い、歯の移動パタンと歯根吸収の関係を明らかにする。研究の全体構想は『骨欠損部位における歯根吸収を伴わない歯の安全な移動方法の確立』を目的とする。本研究課題の具体的な目的は『上顎洞を介した歯の移動の評価』および『骨再生医療を利用した歯の移動方法の確立』とし、基礎・臨床研究からアプローチし両分野で得られた結果を包括的に評価することである。1、現在まで基礎研究としては、ラットを使用し矯正学的歯の移動(Orthodontic tooth movement: OTM)モデルの作製を行ってきた。歯の近遠心方向へのOTMモデルの作製は完了し、Micro CTによる骨微細構造解析や歯根周囲組織の生化学的解析・組織学的解析を行っている。良好な結果が得られていることから、その手技を応用し上顎洞側へのOTMモデルの作製を検討している。2、臨床研究としては、矯正歯科外来受診者の診断用資料として使用されるcone beam CT(CBCT)の蓄積および解析を行っている。被験者CBCTデータから、矯正歯科治療における歯根吸収の現状の把握と上顎洞底と歯根の関係の分類基準の作製を行っている。現在までに術前資料として301名のCBCT画像を解析し、4000本を超える歯根について上顎洞底との関連を検討した。この内容は論文としてまとめ現在投稿中である。3、上記内容と平行し患者データの蓄積を行っており、矯正治療前だけでなく治療後の資料も集まってきている。これら資料から得られる患者の3次元データ解析を行い、歯の移動パタンと歯根吸収の関係を明らかにする。4、基礎および臨床研究から得られた結果を相互にフィードバックし包括的に評価を行っており、矯正歯科臨床における歯の移動に伴う医原性歯根吸収リスクを評価している。基礎研究において、当初の研究計画では矯正学的歯の移動(Orthodontic tooth movement: OTM)モデルの作製に時間を要すると考えていた。しかし、現在までに近遠心的OTMモデルの作製方法を確立し、骨微細構造解析、組織学的解析、生化学的解析を行うことができている。最終的には上顎洞側への歯を移動させるOTMモデル作製を目標としているが、パイロット実験として近遠心的OTMモデルにより得られた結果は今後の研究に重要な役割を果たすと考えている。また臨床研究においても、当初の計画よりサンプル数を増やす事ができ、月に2030名程度のデータ蓄積を継続している。本研究では対象となる被験者数が大きいため、研究データを管理するシステムの構築も必要であった。倫理審査の申請、患者説明用のマニュアル作成、撮影方法等の管理システムも現在までに構築することができた。矯正治療前のデータでは論文という形に既にまとまり、現在アメリカおよびヨーロッパの歯科雑誌へ複数投稿している。また、矯正治療後の患者データ収集も平行して行っており、順次N数が増えてきている。以上のように、基礎研究および臨床研究の両分野において当初の計画以上に進展していると考えられる。基礎研究は、上顎洞側へのOTMモデルを作製し、歯の移動後における歯根吸収および歯根周囲組織の評価を行う。
深層学習、シミュレーション、統計モデルを融合した人工股関節手術の意思決定支援

人工股関節手術を熟知した人工知能システムを開発する。術前術後の患者画像、手術データ、術前診断・術後長期経過観察等の診療情報を含む過去症例(2000例以上)の大規模データベース(DB)から、深層学習を用いて手術前後の患者筋骨格解剖DBを自動構築する。解剖の個体差、年齢や術前病態の違いを考慮した疾患・手術の統計数理モデルを用いて、術前の患者データから、解剖復元、疾患進行に伴う筋萎縮や骨変形の予測、各進行段階での網羅的手術シミュレーションによる術後関節機能評価・経過予測等を行い、手術時期決定、手術計画最適化等の意思決定を支援する。人工股関節手術においてこれまでに蓄積された患者の病態、手術法、医療画像などのデータベースを元に統計数理モデルを構築する。この統計数理モデルを用い、術前患者のデータを用いて、疾患の経過予測、最適な手術時期、最適な機種選定など、最適な手術計画の意思決定を補助するシステム構築を目指す研究である。医療画像から深層学習を用いて手術前後の患者筋骨格解剖の大規模データベースを効率良く構築する。また、そのデータベースに筋肉を加え、疾患進行に伴う筋萎縮の予測、術後の筋走行・筋張力シミュレーションも可能にし、手術計画の最適化を目指す点で学術的意義が高い。工学系/医学系研究者で構成され、それらの専門知識と経験に基づいた提案であり、優れた手術計画の意思決定支援、教育への貢献が期待できる。
植物アスコルビン酸輸送機構解明のための分子遺伝学的アプローチ

植物アスコルビン酸(AsA)輸送機構解明のため、シロイヌナズナAsA輸送変異体の探索を試みた。変異原処理をしたAsA欠乏vtc変異体に対し、非光化学的消光(NPQ)および組織染色による探索の結果、2つの新規変異体候補を得た。また、マイクロアレーおよびプロテオミクスデータに基づいて予測した遺伝子について、T-DNA挿入変異体のAsA取込み能およびNPQを評価した結果、少なくとも2つの遺伝子に可能性のあることが示唆された。本研究は、植物のアスコルビン酸輸送体の同定を目指しており今年度は以下の研究を行った。1)二次元クロロフィルイメージングを利用したシロイヌナズナアスコルビン酸輸送変異株の探索初めに本年度購入した二次元クロロフィルイメージアナライザーにより、非光化学消光値(NPQ)を指標としたスクリーニング条件の設定をシロイヌナズナの野生株およびアスコルビン酸欠乏VTC変異体を用いて行った。その結果、100mmol/m2/sの連続光で栽培した植物体に対し、5mM濃度のアスコルビン酸Naを加え12時間後がvtc変異体のNPQ回復に有効であることが示された。次に、VTC変異体の種子に対し、0.03%(w/v)濃度のエチルメタンスルホン酸処理を行い播種後に自殖M2種子を得た。これらをプレートに蒔き、34週齢のロゼット葉が充分に展開した植物体に対しアスコルビン酸Na処理を行ない、二次元クロロフィルイメージアナライザーによりNPQの回復が認められない個体を指標に、目的の変異体候補として本年度は24個体の植物を選抜した。現在、第二段階の選抜として銀染色によるアスコルビン酸組織化学的検出法および葉中アスコルビン酸レベルについて検討を行っている。2)遺伝子発現情報に基づいたアスコルビン酸輸送体遺伝子の探索シロイヌナズナのトランスクリプトーム情報と既存のプロテオーム情報から、9つのアスコルビン酸輸送体の候補となる膜結合型タンパク質遺伝子の絞込みを行なった。これら遺伝子をGatewayシステムにより植物形質転換用ベクターにクローン化し、タバコBY-2培養細胞に形質転換し、タグ抗体による組換えタンパク質発現確認後、培地にアスコルビン酸を添加し、形質転換細胞内アスコルビン酸レベルの検証を行ってきたが、現在までポジティブなアスコルビン酸輸送体候補は得られていない。この点を補うため、今年度はさらに酵母の発現系にも着目し、シロイヌナズナおよびイネから多数の輸送体候補遺伝子を導入した発現ライブラリーの作製を進めた。来年度は、このライブラリーを用いてMALDI-TOF/MSによる目的の輸送体候補を探索を進める。本研究は、これまで植物で未同定のアスコルビン酸輸送体遺伝子の新たな探索法を考案し、その候補を得ることである。そのためにシロイヌナズナアスコルビン酸欠乏vtc2変異体を研究材料に、二次元クロロフィルイメージングと銀染色の組み合わせによるハイスループットなアスコルビン酸輸送変異体候補スクリーニング法を考案した。具体的には、初めにvtc2変異体は低い非化学的消光(NPQ)値を示すが、アスコルビン酸処理によりNPQ値は野生株と同等にまで回復することを確認した。次に、EMS変異原処理をしたアスコルビン酸欠乏変異体の自殖M2種子約20,000個から、目的のアスコルビン酸輸送変異体候補を2つ得た。現時点で、これら候補変異体について戻し交配を進めており、ラフマッピングと同時に次世代DNAシーケンサーによる原因遺伝子の同定を進めている。また、遺伝子発現情報に基づいたアスコルビン酸輸送体候補遺伝子の探索についても解析をすすめ、マイクロアレーデータより絞り込んだ9つの候補遺伝子、および葉緑体プロテオミクスデータから取得した9つのタンパク質遺伝子について、シロイヌナズナT-DNA挿入変異体を入手し、アスコルビン酸取込み能およびクロロフィル蛍光パラメーターを指標に評価を行い、これまでに3つの遺伝子について可能性が高いことを突き止めた。このほか、当初の計画にはなかったが、イネの輸送体候補遺伝子約1500を対象に酵母発現ライブラリーを構築し、アスコルビン酸輸送体候補遺伝子のポジティブスクリーニングを開始した。
転写因子ATF-2に関わる転写制御機構の構造生物学

平成15年度1.転写超子ATF-2の転写活生化ドメインDNA結合ドメインとの複合体の立体構造と構造変化ATF-2は転写の不活性化状態では、分子内相互作用(ドメイン-ドメイン間)によりそれぞれのドメインが持つ機能をマスクしている。この複合体の構造を決定するために、それぞれの大腸菌大量発現系による目的蛋白質を発現させ、精製を行った。その立体構造解析には500Mhz,600Mhzを使用した。NMRでは分子量増大に伴うNMRシグナルの複雑さとDNA結合ドメイン側の溶解度の低さからシグナルの解析は不可能であった。次に転写活性化ドメインとDNA結合ドメインとの共発現系を作製して複合体形成を大腸菌内で試みた。その結果、構造安定化に伴うNMRシグナルは得られなかった。2.ATF-2のDNA結合ドメインをとE1A-CR3領域との相互作用アデノウイルスの初期遺伝子産物であるE1AはCR3領域を介してATF-2のDNA結合ドメインと直接相互作用する。この相互作用をNMR法によって解析するためにCR3、CR23、CR123の相互作用部位を含む3つの領域の発現系を構築した。さらに溶解度の低いそれぞれの領域とATF-2のDNA結合ドメインとの共発現系の作製も行った。不溶性としか得られないE1A由来の蛋白質の発現は、共発現系においても改善されずATF-2と共に不溶性画分に移行してしまった。3.転写因子ATF-2の転写活性化ドメインとp38との複合体解析ATF-2をリン酸化することが知られるp38キナーゼとの複合体解析を行うために、p38キナーゼの大腸菌大量発現系を作製して、現在目的蛋白質の単離・精製を行っている。平成14年度1.転写因子ATF-2の転写活性化ドメインとDNA結合ドメインとの複合体の立体構造と構造変化転写の不活性化状態では、ATF-2は分子内相互作用(ドメイン-ドメイン間)によりそれぞれのドメインが持つ機能をマスクしている。NMRでは転写活性化ドメインの構造変化とDNA結合ドメインの構造変化をそれぞれ解析した。その結果、分子量増大に伴うNMRシグナルの複維さとDNA結合ドメイン側の溶解度の低さからシグナルの解析は不可能であった。そのため現在、DNA結合ドメインの認識部位を特定し直し、安定な複合体構造を形成する条件を検討している。アデノウイルスの初期遺伝子産物であるE1AはCR3領域を介してATF-2のDNA結合ドメインと直接相互作用する。さらに溶解度の低いそれぞれの領域とATF-2のDNA結合ドメインとの共発現系の作製を行った。またチオレドキシンや分子シャペロンとの共発現系の作製も行い、不溶性から可溶性への回収を行った。現在NMRによる解析に必要な量(10mg以上)を調製するための条件を検討している。
再発転移頭頸部癌に対するニボルマブ最適化投与のためのバイオマーカーに関する研究

平成29年3月にシスプラチン抵抗性の再発転移頭頸部癌に対してニボルマブの保険適応が認められて以降、当院では合計16例の症例にニボルマブの投与が行われてきた。その内訳は以下の通りである。年齢は47歳79歳(中央値62歳)であった。男性は11例、女性は5例であった。臨床診断は様々であり、鼻副鼻腔癌が5例、口腔癌が5例、下咽頭癌が3例、中咽頭癌が2例、原発不明頸部転移癌が1例であった。病理組織型は頭頸部癌で最多の扁平上皮癌が14例、悪性黒色腫が1例、筋上皮癌が1例であった。ニボルマブの投与回数は最小が1回、最大が31回で中央値は7回であった。現時点で治療を継続中のものは5例、中止したものは11例であった。ニボルマブの最良効果判定としてはPRが1例、SDが1例、PDが13例、未評価が1例であった。扁平上皮癌14例のうち未評価1例を除いた13例における全奏効率は7.7%(1/13)であった。また、疾患制御率は15.5%(2/13)であった。全奏効率は既報では13.3%であったので、現時点では症例数が少ないのでやむをえないが、約半数と期待を大きく下回る結果であった。PRの1例は47歳の舌癌再発例、SDの1例は48歳の上顎癌再発例であり、前者は最も若い症例、後者は2番目に若い症例であった。症例数が限られているので断定することは避けたいが、PSが良好な症例、また腫瘍周囲での免疫反応が活発な症例においてニボルマブの効果が期待できることを示唆する結果かもしれない。少しずつであるがニボルマブ投与症例が増加することによって、PRもしくはCR症例が増えてくることが期待される。ある程度のPR/CR症例が集積された時点で、まとめて遺伝子解析、微小環境研究を遂行する予定である。再発転移頭頸部扁平上皮癌症例14例に対してニボルマブを投与したが、CRは0例、PRは1例のみと、有効例が少なかったため。今後も再発転移頭頸部扁平上皮癌症例の治療としてニボルマブ投与を積極的に行い、症例数を少しずつ積み上げていく予定である。研究計画がやや遅れているため、研究費の余剰が生じた。新年度で挽回を目指しており、遺伝子解析の試薬として使用の予定である。
ハーフメタル強磁性体／半導体へテロ構造を用いたスピン機能デバイスの創出

半導体中の核スピンはコヒーレンス時間が極めて長いため,固体量子情報デバイスへの応用に期待されている.GaAsに偏極した電子スピンを注入すると,超微細相互作用により電子スピンから核スピンに角運動量が移動し(動的核スピン偏極),偏極した核スピンは電子スピンに磁場(核磁場)として作用することが知られている.我々はこれまでに,核磁場をホイスラー合金/GaAsスピンデバイスを用いて電気的に検出することに成功し,核スピン影響下における電子スピンの輸送特性を明らかにした.ホイスラー合金とは,スピン偏極率が100%であることが理論的に指摘されており,半導体への高効率スピン源として期待されている強磁性体材料である.以上の背景から本研究の目的は,ホイスラー合金を用いた高効率スピン注入デバイスにおいて,核スピンのコヒーレント制御を実現することである.本研究において我々は,核スピンのコヒーレントな振動であるラビ振動をスピン注入デバイスにおいて初めて観測することに成功した.ラビ振動の観測は核スピン量子ビット実現のための第一歩と言える.これまでに,量子Hall系において電気的に,量子井戸において光学的にラビ振動が観測されている.それらの先行研究と比べると,量子Hall系においては,ラビ振動を観測するのに,高磁場・極低温環境(50 mK, 7.3 T)が必要であり,それに対し,スピン注入デバイスにおいては4.2 K, 0.1 T程度の環境でラビ振動が観測された.また量子井戸における光学的手法と比べると光学的手法では,光のスポット径によってデバイスのサイズが制限されるのに対し,スピン注入デバイスは全電気的デバイスであるので微細化が容易に行える.これらのことから,スピン注入デバイスが応用上,核スピン量子ビットへの応用に適していると考えられる.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。スピンを用いた演算機能や通信機能の実現を可能にするスピントランジスタの開発が重要である。スピントランジスタを実現するためには、(1)強磁性体ソースから半導体に高効率にスピンを注入し、(2)チャネル中でスピンを保持したまま輸送し、もしくは、スピン方向を操作し、(3)強磁性体ドレインでスピン状態を高効率に検出する、ことが必要になる。しかしながら、現状では、高効率なスピン注入と検出が達成されておらず、また、半導体中のスピン輸送特性も十分明かになっておらず、スピントランジスタの動作実証には至っていない。以上のことより、平成24年度の研究計画は強磁性体であるホイスラー合金/半導体ヘテロ接合を有するスピン注入デバイスを作製し、(A)高効率スピン注入・検出の実現、および(B)半導体におけるスピン輸送特性の解明について計画を進めることを目的とした。具体的には、(A)に対して、潜在的に高いスピン偏極率を有するホイスラー合金を用いたホイスラー合金/GaAスピン注入デバイスを用いて、GaAsへのスピン注入・輸送・検出を初めて実証した。さらに、参照用試料としたCoFe/GaAsスピン注入デバイスとの比較から、ホイスラー合金の高いスピン偏極率に由来する、高いスピン注入効率を示し、ホイスラー合金がスピン注入にとって有望であることを初めて実証した。(B)に対しては、GaAsに注入した電子スピンはGaAs核スピンとの超微細相互作用によって、GaAsを伝導中にその影響を受ける。我々はこの超微細相互作用をホイスラー合金/GaAsスピンデバイスを用いて電気的に検出することに成功し、核スピン影響下における電子スピンの輸送特性を明らかにした。強磁性体/GaAsスピン注入デバイスを用いて、超微細相互作用を検出した報告例は、世界中でも3件程度しかなく、これらの結果は現在学術雑誌(Physical Review B)に投稿中である。また、電子スピン・核スピン相互作用を有効に活用することで、従来よりも多角的に強磁性体/半導体スピンデバイスを評価できるため、核スピンを直接的に操作することができる、NMR測定系の準備を行った.スピンを用いた演算機能や通信機能の実現を可能にするスピントランジスタの開発が重要である。我々は、平成25年度において、GaAsチャネルへのスピン注入効率の増大に成功するとともに、歪InGaAsチャネルを用いて、スピン軌道相互作用の大きな半導体材料におけるスピン輸送特性を明らかにした。スピン注入効率の向上に関しては、前年度にハーフメタル強磁性体のCo2MnSiとGaAsの間に極薄CoFe層を挿入することでスピン注入効率の増大を達成していたが、今年度はさらにその成果を発展させ、従来のものより一桁以上大きなスピン信号の観測に成功した。さらに、CoFe挿入層のスピン注入効率向上における効果を実験的に明らかにした。この成果は学術論文(Applied Phsycis Letters)に投稿し、掲載が決定している。半導体チャネルにおけるスピン輸送特性の研究に関しては、我々は、GaAs上に成長した歪InGaAsチャネルに対し、電気的な手法により、初めてスピン注入を明瞭に実証し、さらに、スピン緩和時間が歪誘起のスピン軌相互作用によりGaAsに比べ、著しく低下することを見出した。半導体中の核スピンはコヒーレンス時間が極めて長いため,固体量子情報デバイスへの応用に期待されている.

GaAsに偏極した電子スピンを注入すると,超微細相互作用により電子スピンから核スピンに角運動量が移動し(動的核スピン偏極),偏極した核スピンは電子スピンに磁場(核磁場)として作用することが知られている.我々はこれまでに,核磁場をホイスラー合金/GaAsスピンデバイスを用いて電気的に検出することに成功し,核スピン影響下における電子スピンの輸送特性を明らかにした.ホイスラー合金とは,スピン偏極率が100%であることが理論的に指摘されており,半導体への高効率スピン源として期待されている強磁性体材料である.以上の背景から本研究の目的は,ホイスラー合金を用いた高効率スピン注入デバイスにおいて,核スピンのコヒーレント制御を実現することである.本研究において我々は,核スピンのコヒーレントな振動であるラビ振動をスピン注入デバイスにおいて初めて観測することに成功した.ラビ振動の観測は核スピン量子ビット実現のための第一歩と言える.これまでに,量子Hall系において電気的に,量子井戸において光学的にラビ振動が観測されている.それらの先行研究と比べると,量子Hall系においては,ラビ振動を観測するのに,高磁場・極低温環境(50 mK, 7.3 T)が必要であり,それに対し,スピン注入デバイスにおいては4.2 K, 0.1 T程度の環境でラビ振動が観測された.また量子井戸における光学的手法と比べると光学的手法では,光のスポット径によってデバイスのサイズが制限されるのに対し,スピン注入デバイスは全電気的デバイスであるので微細化が容易に行える.これらのことから,スピン注入デバイスが応用上,核スピン量子ビットへの応用に適していると考えられる.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。上に述べたように、強磁性体/半導体ヘテロ接合を用いたスピン注入・輸送・検出特性を明らかにすること、はスピントランジスタ実現への必須条件である。平成24年度において、ホイスラー合金を用いてスピン注入・輸送・検出を実証するとともに、その潜在的に高いスピン偏極率に由来する高効率な注入・検出特性絵を得ることが出来た。また、電子スピン・核スピン相互作用がスピン輸送特性に影響することを明らかにすることが出来た上に述べたように、強磁性体/半導体ヘテロ接合を用いたスピン注入・輸送・検出特性を明らかにすることはスピントランジスタ実現への必須条件である。平成25年度においてホイスラー合金を用いた、高効率なスピン注入・検出を実証することができた。また、GaAsや歪lnGaAsの半導体チャネル中でのスピン輸送特性を明らかにすることができた。これらの成果は、スピントランジスタを作製するうえで必要不可欠な基盤技術である。平成25年度の研究計画は、これまでに、ホイスラー合金を用いたことで高効率なスピン注入を実証したが、(1)作製条件、層構造などを変えることで、更なる高効率化を図ること。(2)スピン注入・輸送・検出特性を別の角度から観察し、その特性をより詳細に明らかにするためNMR測定技術の確立を行う。
アルミニウム基水素化物の原子・表面構造と水素貯蔵機能

アルミニウム基水素化物の原子・表面構造と水素貯蔵機能に関する研究を実施した。アルミニウム水素化物(AlH3)が生成する脱エーテル過程を中性子散乱-局所構造解析により調べた。また、可逆的な水素吸蔵放出反応が進行するナトリウムアルミニウム水素化物(NaAlH4)について、X線吸収微細構造スペクトルを測定して、反応過程で生成する相について電子構造の違いを調べた。さらに、リチウムアルミニウムアミド(LiAl(NH2)4)の非晶質化をともなうアンモニア(水素)放出過程の不均化反応について構造解析を実施した。水素体積密度および重量密度が高いアルミニウム水素化物AlH3やリチウムアルミニウム水素化物LiAlH4について、重水素化物(AlD3、LiAlD4)の中性子散乱測定を大強度陽子加速器施設J-PARCの高強度中性子全散乱装置NOVAで実施してRietveld解析することにより、結晶構造解析の精度が十分であることを確認した。また、軽水素化物に対しては、軽水素原子に由来する非干渉性非弾性散乱のためバックグラウンドを適切に差し引く必要があり、AlH3の結晶構造パラメータにおける標準偏差はAlD3よりも一桁上昇するが、高輝度X線回折の場合と同程度であり、軽水素原子の分率座標および変位パラメータを精密化できた。さらに、AlD3の粒子表面には水素放出反応を抑制する厚さ35nmの非晶質Al2O3およびx-Al2O3が存在することをすでに明らかにしているが、AlH3においても同様の酸化物が存在し、それが水素放出過程においても維持されることを確認できた。一方、中性子全散乱測定から得られたAlD3の構1造因子S(Q)をフーリエ変換した原子対相関関数G(r)についてPDF解析を行い、局所構造解析が可能であることを実証した。また、水素雰囲気におけるその場中性子散乱実験を行うため、石英製高圧容器を使用してSi粉末試料などの測定を行い、Rietveld/PDF解析により平均/局所構造解析が実施できることを確認した。アルミニウム基水素化物の原子・表面構造と水素貯蔵機能に関する研究を進めた。アルミニウム水素化物AlH3は水素体積・重量密度が高く、粒子表面の酸化物相により制御されるシンプルな反応(AlH3 →Al + 3/2H2)により約100°Cから水素を放出するため、水素貯蔵材料として注目されている。AlH3エーテル和物のエーテル脱離反応前後試料の中性子散乱測定を大強度陽子加速器施設J-PARCの高強度中性子全散乱装置NOVAで実施して、平均構造解析および局所構造解析することにより、AlH3の生成過程を調べた。エーテル脱離前試料においてもLiAlH4またはAlH3のAl-Hに近い原子対相関が確認でき、AlH3の生成素過程を解明する手がかりを得た。また、リチウム水素化物と複合化することにより低温から水素を放出するリチウムアルミニウムアミドLiAl(NH2)4について、重水素化物LiAl(ND2)4およびその160/400°C熱処理試料の中性子散乱測定-局所構造解析を行った。非晶質化をともなうアンモニア(水素)放出過程において不均化反応((1-x)LiAl(NH2)4 →x/3Li3AlN2 + 2x/3AlN + 8x/3NH3)を明らかにした。一方、NaAlH4の水素吸蔵放出反応(NaAlH4 ←→1/3Na3AlH6 + 2/3Al + H2)は遅いが、数mol%のチタン系触媒添加により10倍程度高速化する。NaAlD4-0.06TiCl3の中性子全散乱測定-平均構造解析から、NaAlD4のAlサイトにはTiが約2mol%置換固溶し、水素サイトに空孔が生成することが示唆された。さらに、Al K-edge XAFS測定からNaAlH4、Na3AlH6、AlH3のAlの化学結合状態が異なる結果が得られ、水素吸蔵放出反応に対する触媒効果の解明に重要な情報が得られた。アルミニウム基水素化物の原子・表面構造と水素貯蔵機能に関する研究を進めている。水素貯蔵密度が高いリチウムアルミニウムアミドLiAl(NH2)4について、合成された重水素化物LiAl(ND2)4の中性子散乱測定を大強度陽子加速器施設J-PARCの高強度中性子全散乱装置NOVAで実施して平均構造(Rietveld)解析することにより、(重)水素位置を含めた詳細な結晶構造を決定した。また、合成直後およびその160/400°C熱処理試料の構造因子S(Q)をフーリエ変換した原子対相関関数G(r)について局所構造(Pair Distribution Function)解析を行った。熱処理によりAl-NやN-N相関が明瞭になり、AlN4構造単位によるネットワーク構造の生成が確認でき、非晶質化をともなうアンモニア(水素)放出過程を明らかにできた((1-x)LiAl(NH2)4 →x/3Li3AlN2 + 2x/3AlN + 8x/3NH3)。

一方、NaAlH4は単体では溶融しないと水素放出反応が進行しないが、数mol%のチタン系触媒添加により固体状態で水素の吸蔵放出反応が可逆的に進行することが知られている。前年度までに合成方法を確立したAlD3と本研究で新たに合成したNaDをミリングした試料を中性子全散乱測定-平均構造解析することによりNaAlD4が生成したことを確認した。さらに、393423K、10MPa重水素圧力下におけるその場中性子全散乱測定により、水素吸蔵放出反応にともなうNaAlD4からNa3AlD6さらにNaDへの可逆的な相変化をした。平成23年度に実施予定としていた結晶構造解析はほぼ順調であり、さらに局所構造解析にも着手できた。また、平成24年度に実施予定の表面構造解析に関する結果も一部得られている。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度までに実施予定としていたアルミニウム基水素化物の原子/電子/表面に関する構造解析はほぼ順調である。重水素化物試料の準備が整いつつあるので試料合成および中性子散乱実験を予定通り進める。また、非弾性散乱補正ツールを使用してより詳細な構造解析に挑戦する。様々な軽/重水素化物について全散乱測定を実施し、水素化物の中性子非干渉性・非弾性散乱補正を導入した詳細な構造解析を実施することにより、最終目的である高機能アルミニウム基水素貯蔵材料の設計に関する研究を予定通り進める。
実験潰瘍性大腸炎モデルにおけるニコチン受容体を介するコリン性抗炎症免疫機構の役割

潰瘍性大腸炎は、厚生労働省の特定疾患に指定されている慢性で難治性の疾患であり、近年患者が急増している。腸管での免疫異常を背景とする潰瘍性大腸炎の病因や病態形成機序は未だ不明であり、病因・病態を基盤とした治療法は確立されていない。最近、神経性ニコチン受容体がマクロファージやリンパ球などの免疫系細胞にも存在することが見出され、迷走神経刺激による「コリン性抗炎症機構」の体として炎症性サイトカインの遊離を抑制するという重要な働きをすることが注目されている。そこで、まず、現在UCの病態と最も類似していると考えられているオキサゾロン(OXZ)誘発大腸炎モデルを、Th2系免疫応答がさらに優位となるように改良した(OXZ-UCモデル)。迷走神経刺激薬はプレドニゾロンと同様に有意な薬理効果を発揮し、さらに、ニコチンも用量依存的に有意な治療効果を発揮した。これらの治療効果はα-7型ニコチン受容体(α7-nAChR)アンタゴニストで抑制されたことにより、少なくとも一部はα7-nAChRを介して作用することが示唆された。また、形態学的検討により、α7-nAChRが結腸粘膜層に存在し、OXZ-UCモデルにおいて増加していることを明らかにした。さらに、分子免疫学的検討により、OXZ-UCモデルにおいて、Th2系サイトカインIL-4、IL-5、IL-10各mRNA発現量は、脾臓(全身免疫系)と結腸(腸管粘膜免疫系)で共に増加したが、Th1系サイトカインIFN-γmRNAは、全身免疫系では減少し腸管粘膜免疫系では増加した。すなわち、OXZ-UCモデルでは、全身免疫系ではTh2系免疫応答が優位になっていたが、腸管粘膜免疫系ではTh1/Th2系免疫応答が共に亢進していた。これらTh1系びTh2系サイトカインはニコチン投与によりいずれも抑制された。以上より、BALB/cマウスOXZ-UCモデルを用いた検討により、コリン性抗炎症・免疫機構を活性化し、過敏で過剰な充進状態にある免疫系、特に腸管粘膜免疫系を抑制することにより、潰瘍性大腸炎の治療に有効である可能性を示唆した。近年、潰瘍性大腸炎(UC)は年毎に増加しているが、未だ病因不明で治療方法の確立していない難病であり、有用な病態モデルを用いた病因・病態解析も進んでいない。しかしながら、疫学的研究によりUCの発症頻度が喫煙者で有意に低いことが報告されている。そこで、まず、現在UCの病態と最も類似していると考えられているオキサゾロン(OXZ)誘発大腸炎モデルを、Th2系免疫応答がさらに優位となるように改良した結果(OXZ-UCモデル)、体重減少や下痢や血便などの大腸炎の症状及び潰瘍やびらん、炎症、出血等が観察され、病態スコアや病理学的スコアの増加が見られた。また、好中球などの浸潤の指標であるMPO活性の有意な上昇が見られた。これらの症状やMPO活性はタクロリムスの投与により悪化し、プレドニゾロンの投与により改善した。

さらに、ニコチンの投与により用量依存的(0.32-3.2mg/kg, sc)に改善され、この治療効果は非特異的ニコチン受容体拮抗薬ヘキサメソニウム及びα7ニコチン受容体拮抗薬methyllycaconitineにより抑制された。Th2系サイトカインIL-4、IL-5、IL-10各mRNA発現量は脾臓(全身免疫系)と結腸(腸管粘膜免疫系)で共に増加したが、Th1系サイトカインIFN-γmRNAは、脾臓では減少し結腸では増加した。すなわち、OXZ-UCモデルでは、全身免疫系及び腸管粘膜免疫系の双方においてTh2系免疫応答が亢進していた。これらTh1系及びTh2系サイトカインはニコチン投与によりいずれも抑制された。また、α7ニコチン受容体mRNAはOXZ-UCモデル結腸で増加した。さらにFITC-α-ブンガロトキシン(α7ニコチン受容体拮抗薬)を用いた形態学的検討により、α7-ニコチン受容体が結腸粘膜層に存在し、その発現量もOXZ-UCモデルで増加することが明らかとなった。炎症性腸疾患である潰瘍性大腸炎及びクローン病は、厚生労働省の特定疾患に指定されている慢性で難治性の疾患であり、近年患者が急増している。腸管での免疫異常を背景とする炎症性腸疾患に対する積極的な病態研究にもかかわらず、その病因や遷延化因子などはいまだ不明であり、したがって病態を基盤とした治療法は確立されていない。最近、神経性α7型ニコチン受容体がマクロファージやリンパ球などの免疫系細胞にも存在することが見出され、迷走神経刺激による「コリン性抗炎症機構」の本体として炎症性サイトカインの遊離を抑制するという重要な働きをすることが報告された。そこで、まず、現在UCの病態と最も類似していると考えられているオキサゾロン(OXZ)誘発大腸炎モデルを、Th2系免疫応答がさらに優位となるように改良(OXZ-UCモデル)、本OXZ-UCモデルにおいて、ニコチン受容体を介するコリン性抗炎症・免疫機構のUCの病因及び病態形成への関与を検討した。迷走神経刺激薬はprednisoloneと同様に有意な薬理効果を発揮し、さらに、ニコチンも用量依存的に有意な治療効果を発揮した。この治療効果はα-7型ニコチン受容体アンタゴニストで抑制されたことにより、少なくとも一部はα-7型ニコチン受容体を介して作用することが示唆された。また、形態学的検討により、α-7型ニコチン受容体が腸管の粘膜層に存在し、OXZ-UCモデルにおいて増加していることを明らかにした。さらに、分子免疫学的検討により、OXZ-UCの全身免疫系ではTh1/Th2バランスガTh2系にシフトしていること、腸管粘膜免疫系ではTh1系とTh2系がともに亢進していることを明らかにした。ニコチンは全身免疫系及び腸管粘膜免疫系の両免疫系のTh1系とTh2系の全てのサイトカインを抑制し、これによりOXZ-UCに対して治療効果を発揮することが示唆された。以上より、BALB/cマウスOXZ-UCモデルを用いた検討により、コリン性抗炎症・免疫機構を活性化することが潰瘍性大腸炎の治療に有効である可能性を示唆した.
医療的ディスコミュニケーションの解法 -認知症高齢者看護の視点から

認知症高齢者をめぐる医療的ディスコミュニケーションの実態については、いまだ明らかでない部分が多い。そもそも医療に関するコミュニケーションには正確無比な指標があるわけではなく、医療的判断や意思決定にも文脈依存的な性格が強く存在しているので、唯一の基準でディスコミュニケーションと決定できない側面がある。患者本人の自己決定に基づくことを最優先するリビング・ウィルや事前指示(advance directives)の思想は、合理的判断能力を有する自立的個人を前提しており、「判断能力には問題があるが、意識がないわけではなく、深刻な認知症のために自己の意思や考えを十分には他者に伝えられない」状況にあって他者の介護を必要とする認知症患者には適当しない。本研究では、認知症高齢者をめぐる医療的ディスコミュニケーションの発生以前に、広く社会に存在する認知症高齢者とのディスコミュニケーションを、さまざまな場面で検討した。主なものをあげると、介護職員を参加者にした定期的な哲学カフェを開催し「認知症ケアと安楽」を議論したものや、保育園児や小学生を対象とした認知症サポーター講座を実施して、「老いの意味」を考える教育のあり方について検討した。これらの研究活動から明らかになったことは、認知症高齢者の医療的ディスコミュニケーションの背後に、認知症ケアの文化的意味が未開拓であり、老いの生き方そのものが問われている現状があるということである。医療において患者の自己決定権を尊重するというのは、当然の流れとなっているが、認知症高齢者は自己決定の基盤となる認知・判断の障害があり、意志能力の問題が法的にも問題とされる。現在の日本の状況では、明確な法的根拠も制度的手続きも無しに、認知症高齢者の医療上の決定を当事者以外が行っている。多くの場合、家族がその役割を迫られるが、認知症高齢者の介護を負担する立場としては、家族といえども真に適切な代弁者とは言い切れない。死期が迫ってからの延命治療拒否というような限られた状況に、認知症高齢者の医療問題を押し込めるのではなく、もっと日常的な医療問題に関して検討する必要がある。終末期医療の問題が、医療問題の領域を超えて、広く社会一般の「死の準備教育」などの動きに連動したように、本研究の成果は、<老い>に関する準備教育的な役割を果たすことも期待される。本研究の具体的活動として、認知症高齢者の看護・介護業務に従事する人を対象とした哲学カフェを、平成18年10月より毎月1回、京都市長寿すこやかセンターなどで開催し、認知症高齢者をめぐる医療的ディスコミュニケーションの実態についてデータを収集中である。また、望ましい事前指定書とその運用方法についての議論を、患者の自己決定権をテーマとして、大阪ホスピス・在宅ケア研究会のメンバーと検討している。平成19年3月24日には、「もう一度自己決定を考える」というテーマで、一般市民の参加を含めた研究会を開催する予定である。
I型糖尿病モデルKDPラットの病態発症機構の解明

これまで1型糖尿病モデルKDPラットの解析から、MHC以外の1型糖尿病主要遺伝子座の本体がCblb遺伝子であり、KDPラットが特異的なナンセンス変異をもつことを突き止めた(Nature Genet. 31,2002)。本研究は、Cblbの異常による病態発症の分子機構を明らかにすると同時にMHCハプロタイプと臓器特異性との関係を解析し、KDPラットの1型糖尿病発症機構を解明することを目的とする。具体的には、1.KDPラットにおける変異Cblbタンパクの機能解析と病態発症機構の解明、2.MHCコンジェニックラットの作製による臓器特異性の解明を行う。今年度は項目2について研究を実施した。KDPラットと異なる遺伝的背景にKDPラットの変異Cb1lb遺伝子座を組み込んだコンジェニックラットを2系統作製し、そのうち1系統について糖尿病、膵島炎および甲状腺炎について詳細な解析を行った。KDPラットと同一のMHC型を有するTMラットの遺伝的背景にKDPラットの変異Cblb遺伝子座を組み込んだコンジェニックラットは糖尿病を発症したが、糖尿病発症開始日齢が遅く発症率が低かった。膵島炎および甲状腺炎の程度はKDPラットに比較して軽度であった。発症率は低いがKPPラットと異なる遺伝的背景においてMHCとCblbの2つの主要遺伝子による1型糖尿病の再構成を示したことは、複数の遺伝子が関与する1型糖尿病をオリジナル系統と異なる遺伝的背景において再構成した初めての例と考えられる。Cblbは免疫系のT細胞の活性化を制御する分子であり、その機能が破綻するとT細胞が異常に活性化して、自己免疫反応が引き起こされると考えられる。KDPラットのもう1つの主要遺伝子であるMHCはラットにおいて膵島炎および1型糖尿病に感受性のハプロタイプであり、これが臓器特異性を規定していると考えられる。従って、KDPラットはCblbとMHCの組み合わせで臓器特異的自己免疫疾患(1型糖尿病)の遺伝的感受性が規定されると考えられ、多因子遺伝の最も単純なモデルとして捉えられる。具体的には、(1)KDPラットにおける変異Cblbタンパクの機能解析と病態発症機構の解明、(2)MHCコンジェニックラットの作製による臓器特異性の解明を行う。今年度は下記の項目について研究を実施した。(1)KDPラットにおける変異Cblbタンパクの機能解析と病態発症機構の解明CblbとPI3Kとのin vitroでの結合およびin vivoでのユビキチン結合活性を解析するために、KDPラットにおける変異Cblbタンパクを作製し、機能解析を開始した。また、cDNAマイクロアレイによってKDPラットと正常ラットとの間で癸現量が異なる分子群を網羅的に検索するために、それぞれのラットからRNAの抽出を行った。(2)MHCコンジェニックラットの作製による臓器特異性の解明KDPラットの遺伝的背景に種々のMHCハプロタイプを組み込んだコンジェニックラットの作製を開始した。これまで1型糖尿病モデルKDPラットの解析から、MHC以外の1型糖尿病主要遺伝子座の本体がCblb遺伝子であり、KDPラットが特異的なナンセンス変異をもつことを突き止めた(Nature Genet.31,2002)。1.KDPラットにおいて正常ラットと発現量が異なる分子群をマイクロアレイによって網羅的に検索した結果、免疫系およびユビキチン系の複数の分子が得られた。これらについてはリアルタイムPCRにより発現量の定量的解析を行った。また、KDPラットにおける変異Cblbタンパクの機能異常を明らかにするため、野生型および変異Cblb、PI3-kinase、ubiquitinなどの発現プラスミドを構築し、免疫沈降実験にて結合活性を解析した。2.KDPラットと異なる遺伝的背景にKDPラットの変異Cblb遺伝子座を組み込んだコンジェニックラットを作製しているが、これまでに2系統が完成した。1系統については糖尿病および膵島炎その他の表現型について予備的な解析が完了した。

KDPラットと同一のMHC型を有するTMラットの遺伝的背景にKDPラットの変異Cblb遺伝子座を組み込んだコンジェニックラットは糖尿病を発症したが、糖尿病発症開始日齢が遅く発症率が低かった。膵島炎および甲状腺炎の程度はKDPラットに比較して軽度であった。発症率は低いがKPPラットと異なる遺伝的背景においてMHCとCblbの2つの主要遺伝子による1型糖尿病の再構成を示したことは、複数の遺伝子が関与する1型糖尿病をオリジナル系統と異なる遺伝的背景において再構成した初めての例と考えられる。