hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子動力学に立脚したナノ・ラボラトリ-の構築

本研究は、分子動力学の理論を確認するための精密実験システム、すなわちナノラボラトリ-を構築することを目指す。本システムは、互いに異なる幾何形状や相対速度を持つ原子同士の相互作用を測定するものである。しかし、物理現象が微細であるにもかかわらず、実験者の実験中での判断・知識化を重視し、これらを動画像・力データ・発生音などで援用する機能を有している。この機能が本システムを試験装置ではなくラボラトリ-と称する理由であり、従来の測定装置のように、人間を疎外して試験後のデータを提示するだけのものではない。具体的には、電界放射形走査形電子顕微鏡内に配する精密実験装置の設計・製作と、分子動力学による理論計算とを、平行して行なって比較する。微小な物理現象として、1)セラミックスや金属から成る針状の試料が、カーボンや金から成る板状の試料の上を、直径0.1μm以下の微小な真実接触点を有しながら摺動した場合の両者の変形、2)0.05μm以下と微小な距離で相対しながら、1m/sの相対速度で動く2つの平滑な固体面間に存在する気体の圧力、3)0. 05μm以下と極めて鋭利な刃先をもつ単結晶ダイヤモンドが、0. 1μm以下の微小な切込で切削する時の純アルミニウムの塑性流動、4)双晶変形を行うニッケルチタン合金の平滑面に、直径100nmの押し込み穴を作成した後、熱を加えて再び平滑面に戻る時の再変形、を測定した。この結果、現在のコンピュータでは、分子動力学で数万個の原子の数fs間の挙動を計算するのに少なくとも約1日要するため、実験と計算との整合性を検討するには、実験する範囲をさらに数10nmと微小にすることが必要であることがわかった。しかし、ナノラボラトリ-の設計基本コンセプトは妥当であり、実験者の知識化を支援することで、定性的には微細な物理現象が解明できることがわかった。平成6年度では、精密実験装置の設計・製作とそれによる接触点に生じる力の測定と、分子動力学によるその接触点に生じる力の理論計算と、を平行して行った。精密実験装置は、FE-SEM内に試料・触針・微動装置・微小力センサなどを組入れ、1μm以下の微小接触点を観察しながら、そこに働く押込力・摩擦力を分解能10μNの2軸微小力センサで、2方向の変位を歪ゲージによる変位形で、それぞれ測定できるものである。これを設計・製作した後、その評価のために試料として、大形コンピュータ用のコネクタピンに用いる金メッキ薄膜や、磁気ディスク用の保護膜に用いるカーボンスパッタ薄膜を用いて、そこの微小接触点で生じる電気抵抗や摩擦・摩耗を測定した。分子動力学の理論計算では、固体接触点に挟まれた気体吸着層による異常摩擦(吸着)を計算した。計算では、計算機の計算速度に制限があるため、上述の微小接触点よりさらに小さく10nmとしたモデルで行った。このため、計算結果と測定結果とを比較するには、測定における微小接触点をさらに小さくする必要がある。これには先が尖った針を準備するだけでなく、剛性を1000N/μmと大きくしたままで、分解能を0.05μNと小さくした2軸の微小力センサが必要である。現在、厚み10μmの平行平板構造を有し、変形を超小形レーザ測長機で測定する力センサを開発中であり、これによって微小接触点をさらに小さくする予定である。

最終年度の平成7年度では,精密実験装置で得た実験結果と理論計算で得た計算結果とを比較して、両者の整合性を検討し、最後にナノラボラトリ-の設計基本コンセプトの妥当性を確認する。比較するための微小現象として、(1)直径0.1μm以下の微小な真実接触点を有する金メッキした板状の金属試料の上を、同じ材質の針状の試料が摺動した場合の塑性変形、(2)Ni-Tiの表面に直径0.1μmの押し込み穴を作成した後、熱を加えると再び平滑になる双晶変形、(3)純銅を0.05μm以下の鋭利な刃先をもつ単結晶ダイヤモンドで、0.1μm以下の微小な切込で切削する場合の塑性流動、(4)5原子分の隙間を有する板上の白金試料が摺動した場合の摩擦力、などを試みた。(1)(3)は実際に精密実験装置を用いて実験を行い、(3)(4)は分子動力学の理論の構築および計算を行った。これらの実験と計算を行った結果、両者には現象の大きさにおいて、なお大きな隔たりがあることがわかった。実験を通して次のことがわかった:標準試料の金の結晶粒界によって1nmの分解能を確認した電界放射系の電子顕微鏡を用いたにもかかわらず、高さ50nm程度、直径100nm程度のくぼみが観察できないこと、SEMで観察できないのであるからAFMでもくぼみの位置を再度探し出すことが困難であること、力センサは熱ドリフトを考えると分解能が1μNと大きいこと。また、理論を通して次のことがわかった:12MIPS×30程度の高速並列コンピュータを用いたが、1日かかっても計算できる原子数は高々1000個であること、計算では固体表面に付着している原子や内部の欠陥や転位を理想的にゼロにしているが、実はそれらが摺動摩擦や塑性流動に大きな影響を及ぼすこと。実験方法を改良して理論できる現象の大きさに歩み寄るためには、複数の一次反射電子線検出器を設けて空間微分像によって微細凹凸を観察すること、精密実験装置にAFMも並列に配して、押し込むとAFM測定とを同じ位置で行えるようにすること、などさらに精密実験装置の改良が必要である。
体内マーカ用金属コイルを利用した新しい体内線量測定法の開発

本研究の目的は、放射線治療における腫瘍近傍の体内マーカに非接触での積算線量計の機能を持たせた新たな体内マーカを開発することである。放射線照射によって誘電体の静電容量が変化することを利用し、体内に埋め込まれたマーカの共振周波数を測定することにより、マーカに照射された線量を非接触で測定できると考えた。アンテナコイルとネットワークアナライザを用いて、非接触でコンデンサの静電容量を測定し、1pF100nFという非常に広い範囲においてLCRメータを用いた測定と近い数値が得られた。また、シミュレーションの結果から、20cm離れた位置でも信号が読み出せることを確認した。【目的】本研究の目的は、放射線治療における腫瘍近傍の体内マーカに非接触での積算線量計の機能を持たせた新たな体内マーカを開発することである。放射線照射に誘電体の静電容量が変化することを利用し、体内に埋め込まれたマーカの共振周波数を測定することにより、マーカに照射された線量を非接触で測定できると考えた。【方法】アンテナコイルとネットワークアナライザを用いて、非接触でコンデンサの静電容量を測定した。その時、リファレンスとなる静電容量はLCRメータを用いて有線で測定し、その結果と非接触での測定結果を比較し測定システムの正当性を検証した。また、現在実際の治療現場では、コイル状の金マーカー(VISICOIL)が使用される場合があるため、VISICOILをアンテナとして用いた場合の性能について数値シミュレーションを行った。【結果】ネットワークアナライザを用いた非接触測定では、バックグラウンドとして加算されてしまう浮遊容量等の補正を行う事で、1 pF 100 nFという非常に大きな範囲において、LCR Meterを用いた結果と非常に近い数値を得ることができた。従って、我々は非接触でコンデンサの容量を測定する方法を確立する事に成功した。また、シミュレーション結果から、信号を送受信するアンテナコイルの固有周波数と、VISICoilの固有周波数を高い精度で一致させることにより、これらの4つのVISICOILは1020cm程度距離が離れても信号が読み出せる事が理論上確認できた。【結論】体内積算線量を測定する方法として、今までにない全く新しい非接触測定システムを考案し、その測定方法が可能である事を実験的にする事に成功した。また、臨床応用の可能性もシミュレーションにより検討し、現在臨床現場で利用されている大きさのコイルマーカーでも十分に実現可能である事を示すことができた。本研究の目的は、放射線治療における腫瘍近傍の体内マーカーに非接触での積算線量計の機能を持たせた新たな体内マーカーを開発することである。放射線治療では、しばしば金属マーカーを刺入してX線で透視を行うことにより、腫瘍の位置を確認する方法が用いられている。従来は金球によるマーカーをパターンマッチングにより認識していたが、同様に金コイルのような非球形のマーカーとしてVISICOILなどの体内金属マーカーが薬事認可となり、臨床での使用も可能となっている。マーカーの種類として、球状、コイル状など様々な形状が臨床において使用されているが、コイルは電気回路的な性質も併せ持つことから、マーカーとしてのコイルを電気回路として応用することも可能であると考えた。そこで、放射線照射により体内に埋め込まれたマーカーの電気的な性質の変化を外部から測定することにより、マーカーに照射された線量を測定できる方法について考察した。コイルを含む電気回路的な性質の変化を観察する手法として、共振周波数の変化を捉えることが考えられる。アンテナアナライザを用いることにより、アンテナのSWR値(Standing Wave Ratio)の計測が可能であることから、コイルを近づけた際のSWR値変化から、共振周波数の変化を確認した。しかし、この方法ではアンテナのごく近傍でしかSWR値の計測が困難であることから、ネットワークアナライザに射出用アンテナおよび計測用アンテナを接続することにより、空気中でアンテナ間の距離を約30cm離した状態で信号の検出を確認した。計測の根本的な原理としての非接触計測に関して、空気中で30cm離れた状態でのコイル-コンデンサによる共振回路の周波数を非接触で測定することに成功した。生体親和性のある材質にて共振回路を作成し、放射線照射による変化を観測する。共振周波数の測定では、アンテナの検索範囲で行う必要があるが、距離をある程度近づけて計測をする必要がある。一方、アンテナでは指向性をもたせることにより探索範囲を延長することができる。そこで、共振周波数の範囲と指向性アンテナによる測定限界範囲を確認し、距離に応じた精度の劣化などについて検討する。また、指向性アンテナを用いることにより、探索範囲を限定することができることから、複数のマーカーを使用した場合の個別測定可能性についても検討する。

次に、生体内で測定することを意識して、水中のマーカーに対して本測定方法による線量の計測が可能であるかを確認する。水ファントム中にコイルー誘電体を配置し、医療用ライナックによる線量投与を行い、想定した線量に対する応答が得られているか、実験により確認する。周囲の環境によって等価回路が変化し、空気中での応答と異なることも予想されるため、周囲の環境と等価回路に追加される構造について検討を行う。平成24年度の検討において、測定の可能性については検討できたが、検出できる信号レベルが低く、30cm以上離れた位置での検出が困難である可能性が示唆された。そこで、年度内に新たな回路設計を検討したが年度内発注が難しいため、次年度へと繰り越すこととした。平成25年度の早い時期に、新たな回路設計による測定系を構築し、検出感度の向上を目指す。
脊椎脊髄手術中の自動的脊髄機能監視方式の開発

脊髄電気診断学の進歩は、測定機器の進歩に大きく依存してきた。最近の安価で高性能なパーソナルコンピュータの出現により、信号データの新しい処理法や脊髄機能の術中自動モニタリング等の可能性が開けた。本研究では術中の脊髄誘発電位を自動的に測定、記録、表示、警告できるシステムのハードウェア、ソフトウェアの開発とその臨床応用を行った。また計算機を用いることで測定そのものの、精度、再現性の向上を図る処理を組み込んだ。以下に、開発したシステムのハードウェアとソフトウェアの概略を示す。〔ハードウェア〕より微弱な電位でも計測可能とするために、最新の高精度インスツルメンテーションアンプを組み込んだ自作の8チャンネル高入力インピーダンス差動増幅アンプを開発した。得られた信号は市販の高速A-D変換器を介して、16ビットパーソナルコンピュータに直結され、測定時のリアルタイム処理が可能な構成とした。刺激装置はパーソナルコンピュータの支配下に置き刺激頻度、パターン等をソフトウェアで制御した。〔ソフトウェア〕メインプログラムはMS-DOS上のC言語で、高速性を必要とする部分はアセンブラ言語で記載した。実際の術中の臨床応用ではノイズの混入や心電の影響が大きいので、これを防ぎ再現性を向上させるために加算平均法を行う前にデータを評価する処理を組み込んだ。誘発電位の遷時確定と遷時のゆらぎについての知見を得るために、位相分析の処理を組み込んでいる。〔臨床応用〕現在までに、後方アプローチの脊椎手術に限り本システムを使用し、8症例で術中の脊髄誘発電位測定を行った。病変部位とその程度についての有用なデータが得られた。また本システムで術前後の末梢刺激表面誘導脊髄電位の測定もあわせて行っており、現在データを蓄積中である。
戦後日本における下請分業関係の生成と発展に関する歴史的・実証的研究

自動車産業や電機産業に典型的みられる階層的分業関係いわゆる下請分業関係が、いかに生成,発展してきたかを,戦後に焦点をあて検討した。具体的には、自動車および電機産業の最終組立メーカーを選び出し,それぞれの系列ごとに,今日みられるような取引関係が1950年代から60年代にかけていかに形成されてきたかを把握することを研究課題とした。この課題に接近するため、つぎの作業をおこなった。第1に、東京大学社会科学研究所が1950年代に実施した下請企業の管理に関する詳細なアンケート調査を新たな視点で整理、再分析を行った(このデータは、社研のデータアーカイブから公開される予定である)。第2に、社史、社内文書など関係資料を収集、分析した。第3に、購買管理に関わる関係者へのヒアリングを実施した(本社及び事業所の関係者のみならず、当時の購買管理担当者へのヒアリングを実施した)。第4に購買管理に関わる専門団体の機能を把握するため当時の関係者へのヒアリングを行った(資材管理協会、日本VE協会)。第5に、労使関係の側面から子会社との関係を把握するため、企業グループ労連の組織と機能を郵送法で調査した。研究対象とした企業によって、上記の第1から第3の研究には濃淡が生じたが(実積報告書のヒアリング先一覧を参照されたい)、東芝、NEC、トヨタ、日産については一定の成果をあげることができた。ヒアリング調査及び関係資料の分析などによって、本社における購買管理部門の確立つまり企業内における購買管理の制度化(例えば取引先管理の一元管理、事業所の購買人材の一元管理など)と下請企業との取引関係の制度化が相互規定関係(例えば取引先の格付けと取引先指導など)にあることなどが明らかにされた。初年度の研究として下記を実施した。1)自動車産業と電機産業の組立メーカーにおける下請け企業との取引関係の形成史に関する研究に必要とされる基本的な収集を行った。組立メーカーの社史、外注管理や購買管理に関して戦後に行われた実態調査(大阪府の研究所、機械振興協会経済研究所の調査等)、さらには「工場管理],「IEレビュー」、「品質管理」など外注管理や購買管理に関する専門雑誌から関連論文や記事の収集、コピーを行う。2)1)の資料に基づき、日本電気、東芝、松下電子部品、トヨタ自動車、日産自動車の5社を取り上げ、60年代から70年代における下請企業との取引関係の変遷に関して分析を行う。3)松下電子部品、東芝、日本電気の3社に関して、下請企業との取引関係の変遷と現状に関してヒアリングを行うとともに、60年代、70年代における各社の事業所の購買者の紹介を依頼し、ヒアリングを行う。購買担当者OBのヒアリングが可能であったのは、日本電気と東芝である。来年度もヒアリングを継続する予定である。4)社会科学研究所が戦後実施した外注管理に関する調査の個票の再分析ために、東芝に関するデータの整理と入力作業を行った。5)自動車産業と電機産業の組立メーカーと下請企業との間の継続的な取引関係が形成された時期に、組立メーカーの労働組合を中心に、下請企業組合の組織として企業グループ労協・労連が形成され、取引関係のあり方に影響をもったと想定できることら、労協・労連の組織と機能に関する実態調査を実施した。1)海外の購買管理に関する理論の導入や国内におけるその普及を担った日本資材管理協会のヒヤリングとその活動に関する資料収集を行なう。具体的には、雑誌「資材管理」の論文、記事の収集及び50年代、60年代に刊行された購買管理、外注管理に関する書籍を収集する。2)戦後、日本生産性本部などが海外の購買管理に関する使節団を多数派遣したが、その報告書の収集を行い、当時の実務家が何に注目して海外視察を行なったのか分析を行なう。3)日本電気と東芝の購買部門のOB及び取引先に関するヒヤリングと資料収集を行なった。

98年度は,本社の購買部のみならず、事業所の購買部門のOBのヒヤリングを実施した。4)戦後の中小企業政策、例えば中小企業基本法、下請代金遅延等防止法などの元請企業の外注管理のあり方に及ぼした影響に関して、資料を収集する。5)上記のヒヤリング記録、収集資料を分析、検討することを通じ、戦後日本における購買管理、とりわけ外注管理が、どのように制度化・体系化されたかに関する仮説の論議を始めた。自動車産業や電機産業に典型的みられる階層的分業関係いわゆる下請分業関係が、いかに生成,発展してきたかを,戦後に焦点をあて検討した。具体的には、自動車および電機産業の最終組立メーカーを選び出し,それぞれの系列ごとに,今日みられるような取引関係が1950年代から60年代にかけていかに形成されてきたかを把握することを研究課題とした。この課題に接近するため、つぎの作業をおこなった。第1に、東京大学社会学研究所が1950年代に実施した下請企業の管理に関する詳細なアンケート調査を新たな視点で整理、再分析を行った(このデータは、社研のデータアーカイブから公開される予定である)。第2に、社史、社内文書など関係資料を収集、分析した。第3に、購買管理に関わる関係者へのヒアリングを実施した(本社及ぴ事業所の関係者のみならず、当時の購買管理担当者へのヒアリングを実施した)。第4に、購買管理に関わる専門団体の機能を把握するため当時の関係者へのヒアリングを行った(資材管理協会、日本VE協会)。第5に、労使関係の側面から子会社との関係を把握するため、企業グループ労連の組織と機能を郵送法で調査した。研究対象とした企業によって、上記の第1から第3の研究には濃淡が生じたが(実績報告書のヒアリング先一覧を参照されたい)、東芝、NEC、トヨタ、日産については一定の成果をあげることができた。ヒアリング調査及び関係資料の分析などによって、本社における購買管理部門の確立つまり企業内における購買管理の制度化(例えば取引先管理の一元管理、事業所の購買人材の一元管理など)と下請企業との取引関係の制度化が相互規定関係(例えば取引先の格付けと取引先指導など)にあることなどか明らかにされた。
mRNAサーベイランスの分子機構及びその生理、病理的役割の解析

酵母や線虫などの遺伝学的な解析をきっかけとして、タンパク質をコードするmRNAの品質(塩基配列の異常)が、翻訳に先だってチェックされ、ナンセンスコドンを有する異常なmRNAは特異的に分解・排除されるという驚くべき機構があることが明らかとなっている。この機構は、mRNAの品質監視機構(mRNAサーベイランス)(NMD, nonsense-mediated mRNA decay)と呼ばれ、遺伝子の変異や発現過程の誤作動から細胞を守る防御機構の一環であると考えられる。しかし、mRNAサーベイランス機構の分子機構の詳細は未だに不明であるし、その生理的意義、病理的意義についてもほとんど明らかとはなっていない。私たちはSMG-1というプロテインキナーゼが、mRNAサーベイランスの主役を演じているとの発見に端を発して、その役割の解析を通じて、mRNAサーベイランスにおける異常mRNAの認識の分子機構の解析を進めると同時に、その成果をもとにして、mRNAサーベイランスを操作する方法を開発してきた。本研究においては、これらの研究成果を踏まえて、mRNAサーベイランス機構の最大のなぞである、「細胞はどのようにして正常なmRNAとナンセンスmRNAとの1塩基の違いを見分けているのか?」という疑問の解明に挑戦しその機能を明らかとした。さらに、SMG-1という巨大プロテインキナーゼの構造機能相関を明らかにした。また、分子機構の解明の過程で得られたサーベイランス機構の操作技術を利用して、ヒト遺伝性疾患におけるmRNAサーベイランス機構の位置づけや、診断・治療への可能性、新規疾患関連遺伝子の検索や診断への応用の可能性、癌の分子標的候補としての可能性を探る事を目的で、Ullrich型筋ジストロフィーの患者細胞を用いて、siRNAによるmRNAサーベイランス抑制が疾患症状の改善につながる可能性を確認した。本研究では、NMDの分子機構の更なる解明と同時に、その成果を利用して、NMDの操作が、医学・医療面でどのような応用可能性を有するかを探る事を目的とした。(1)mRNAサーベイランス系の分子機構の解析SMG-1によるhUPF1のリン酸化が、NMDの律速段階であることから、その詳細を追求し、翻訳終止に際して一過的に生じる複合体SURFを見出した。さらに、エキソン境界タンパク質(EJC)と結合することがその終止コドンがナンセンス(異常)であることを見分けている機構であることを明らかとした。SMG-1によるhUPF1のリン酸化は、SURFとEJCとの結合により誘導されていた。(2)mRNAサーベイランス系の特異的阻害技術の応用展開上記の成果は、SMG-1の阻害による、NMDの特異的な抑制を説明できる。(3)mRNAサーベイランス系の特異的阻害技術の応用展開既に遺伝性疾患Ullrich病の線維芽細胞を用いて、そのあるケースにおいてはNMDが悪役として働いていることを示してきた。今回、SMGF-1のsiRNAによる発現抑制により、これを証明すると同時に、臨床応用への可能性を開いた。具体的には、SMG-1によるUPF1のリン酸化は、スプライシングを受けたmRNA上でリボソームがナンセンスコドンを認識した時に起きる。これに先立ち、SMG-1、翻訳終結因子、UPF1を含むSURF複合体が一過的に形成される。(Kashimaら,Genes & Development, 2006)SURF複合体がEJC (exon junctional complex)と相互作用することにより新たなDECID複合体が形成され、DECID複合体上で、SMG-1によるUPF1のリン酸化が起きる。これがリン酸化を誘導することが、ナンセンスmRNAの認識の分子機構であった。

「サーベイランス複合体」の実体は、SURF複合体の形成からEJCとの相互作用の結果生じたDECID複合体への変化とさらなる複合体へのリモデリングであることが明らかとなった。(Kashimaら,Genes & Development, 2006)さらに、mRNAサーベイランス系の阻害技術を初めて実現し、これが遺伝性疾患の症状にどのような影響を与えるのかを細胞レベルで解析した。そして、mRNAサーベイランス系が疾患症状に大きく影響していることを証明した。さらに、mRNAサーベイランス系の操作により、疾患症状の回復の可能性があることを見いだした。(Usukiら,Annals of Neurology, 2004)(Usukiら,Molecular Therapy, 2006)
ヒトにおける舌の反射性運動の発現と、その新しい臨床応用についての基礎的研究

機能解剖学的および機能生理学的手法を用いて、ヒトにおいても幾つかの舌の反射性運動が存在することを発見した。更に、その発現形態と機序の詳細について明らかにした。これら成果により、脳血管障害や頭部外傷、神経筋疾患、頭頸部癌治療後などに発生した舌運動障害に起因した構音障害、嚥下障害例に対する舌の反射性運動を利用した、より有効な新しい舌運動障害に対する機能訓練の開発が行える可能性を臨床例も含めて証明した。ヒトにおける舌の反射性運動の発現とその形態を明らかにし、脳血管障害や神経変性疾患、頭頸部腫瘍術後に発生した舌の運動障害に起因する構音障害、嚥下障害の新しい治療法への臨床応用についての基礎的知見を明らかにすることを目的としている。(1)舌の前後運動について、以前から、仰臥位において、舌前方運動に携わるオトガイ舌筋の筋活動が反射性に増大することが知られていたが、それと共に、既に我々が明らかにした舌後方運動に携わる上咽頭収縮筋横舌筋の筋活動とが、体位変換に伴い、構音運動時にどのように反射性に制御されうるかを機能生理学的に明らかにした(Kokawa T, Saigusa H, et al. 2006)。また、舌後方運動の神経機構については、機能解剖学的研究を進め、舌咽神経の分枝が関与している可能性が高く、現在、神経線維解析及び大切片標本の作製により、その詳細を追跡中である。(2)舌の上下運動については、機能解剖学的研究を進めた結果、茎突舌筋と垂直舌筋、更に舌尖部においては、これに加えて上縦舌筋、下縦舌筋の筋活動が関与している可能性が高いことが明らかになった。更に、筋電図、咬合圧、舌運動の超音波モニターにより、舌尖の下方運動が、閉口時に側頭筋水平部から中脳を介して、茎突舌筋、垂直舌筋を反射性に制御し発現し得ることを明らかにした。(3)舌と咽頭、舌骨上・下筋群等の周囲器官、組織との反射性制御による関係については、正常人を用いて積分筋電図、嚥下内圧検査、内視鏡モニターを用いて、体位変換に伴い、反射性に制御され得る要素のあることが判明した。これについては今後、更に解析を進める予定である。(4)比較解剖学、個体発生・成長形態学の観点からも、舌の運動機構の由来解明を目指しているが、舌は、鰓腸腹側から派生するものを原型とし、その結果、当然鰓弓神経と筋が分布すること、第一・二鰓弓神経・筋が体壁前方外側へ進出することにより、二次的に体壁筋が舌へ分布し始めた可能性を示した。これらの所見は、舌が他の横紋筋と同じく、反射性に制御されうることを示しているものと考えている。(1)舌咽神経の神経線維解析により茎突舌筋に分布する神経線維には、咽頭筋に支配する線維に比較し、交感神経上頚神経飾の線維との吻合が少なく、より横紋筋的運動に適したものであること、更に、舌咽神経の茎突舌筋に分布する神経線維は、その後、上咽頭収縮筋と連続する舌根部分の横舌筋、口蓋舌筋、口蓋咽頭筋に分布していることを初めて判明した。今後、軟口蓋と舌運動の制御機構を明らかにする。(2)各種段階における比較解剖学研究の結果、哺乳類レベルで初めて新しい開口筋としての舌骨上筋群が発生してくること、舌内の最大の外舌筋であるオトガイ舌筋の付着である下顎骨オトガイ結節は日本猿では見いだされず、ヒトでようやく見いだされることが明らかになった。これらのことは、ヒト化(ホモニゼーション)を解明する上でも重要と考えられる。(3)一方、古い開口筋である舌骨下筋群は、ヒトにおいては二足歩行をするためかほとんど活動していないが、頭位の変化に応じて、反射性に筋活動を変化させ、嚥下運動に関与しうることを筋電図学的に見出した。下顎運動と舌運動は反射性に連動し得ることが知られていることから、今後、これを基に構音時における下顎運動と舌運動の反射性制御機構を明らかにする生理実験を行っていきたい。舌運動と下顎運動、頸椎の運動について、臨床例も交えた基礎的知見を得ることが出来た。下顎の下制に伴い、咀囑筋や舌骨上/下筋群の代償的運動は起こらず、外舌筋であるオトガイ舌筋、もしくは茎突舌筋により代償的運動がおこる。頸椎前彎に伴い茎突舌筋の緊張が反射性に高まるが、その際、その拮抗的筋線維の方向を有するオトガイ舌筋の舌背に向かう部分の緊張も反射性に高まる。茎突舌筋の緊張が高まると、口腔内から咽頭内への食塊の移行の妨げとなり、更に二次的に喉頭が後方へ牽引されてしまうため、嚥下時の食道入口部の開大は悪くなり、構音、嚥下に対して不利となることが判明した。

これに対して、下顎を閉口位に固定し、舌尖を意図的に制御するような位置を設定することで、嚥下に有利とすることが出来ることが明らかになりつつある。過去三年間に行ったヒトにおける4つの外舌筋、4つの内舌筋についての神経支配、発生学的由来についての知見を更に検討し、それらの所見から各舌筋ごとの特有な運動機能、反射性運動制御機構の存在について筋電図を中心とした生理学的解析を行った。また、舌近と周囲組織、もしくは器官との連動運動についての解析も進めた。その結果、下顎運動、下顎の位置と茎突舌筋の運動、筋緊張の関係、茎突舌筋とオトガイ舌筋の舌前方に向かう筋線維との拮抗的について、明らかにした。下顎が下制、もしくは内側翼突筋の緊張により、下顎の前方への変位がある時に、反射的に茎突舌筋の緊張が強まり、舌が後上方へ変位し、加えてこれと拮抗関係にあるオトガイ舌筋の舌前方に向かう筋線維の緊張が二次的に反射的要素を持って強まるため、舌運動性が悪くなり、構音時の舌運動速度が低下すること、構音時の運動距離の低下を招くため、結果として構音の歪みを生む場合の多いことが明らかになった。この現象は、臨床的にも確認されたが、更にこれらの舌筋の筋緊張を緩和させるような機能訓練を行うと、従来から行われていた構音訓練を数年間行い無効であった構音が速やかに、かつ著明に改善する例の多いことが見出された(両側被殻出血後、頭部外傷例、両側脳梗塞例など)。今後、本研究の成果をまとめ、ヒト舌運動障害に対する反射性運動制御を利用した新しい機能訓練が開発され、脳血管障害や頭部外傷後に生じた運動障害性構音障害、嚥下障害に対する有用な機能訓練法の開発されることが期待される。
ラクトフォリンのcDNA構造の決定によるその乳化機能の解析

ラクトフォリン(LP)は牛乳のプロテオースペプトン画分の主要な糖タンパクの一つで、主要な2つの糖ペプチドから構成されている(27と17kDa)。27kDaラクトフォリンcDNAをクローニングし、その塩基配列を決定した。poly-Aテイルを含まない全長は621bpで、153アミノ酸をコードし、そのうち、18残基のシグナルペプチドを有していることを明らかにした。アミノ酸配列はSorensenとPetersen[J.Dairy Res.60,535-542,(1993)]が化学的に決定したプロテオースペプトンコンポーネント3(PP3)と一致した。ラクトフォリンは、PPC3のゲルろ過画分のうちでも、最大の乳化活性、乳化安定性、比表面積および最小の平均直径を示した。1%ラクトフォリンと25%乳脂肪から調製したエマルションの乳化活性は高く(2500)、非常に安定であった。このエマルションにおける脂肪球の平均直径は2.45μmであり、その比表面積は31.7x10^3cm^2/cm^3であった。ラクトフォリン含量の増加とともに乳化活性、乳化安定性、非表面積は増大し、あるいは粒子の平均直径、乳化活性指数は減少し、いずれもラクトフォリン60mg/g乳脂肪でほぼ一定値に達した。ラクトフォリンの乳化能は、これまでに研究されている天然タンパク質および脂質に親和性をもつように改造されたタンパク質のうちで最も高いタンパク質である。さらにラクトフォリンの乳化能力を一次構造における疎水性率および二次構造のα-ヘリックスのらせん車輪における疎水性アミノ酸残基の分布から考察した。研究はほぼ計画通り進行し、次のような成果を上げることができた。1.ラクトフォリン(LP)は牛乳ホエーからプロテオースペプトンの硫安塩析およびゲルろ過による分別によって精製したLPをSDS-PAGEで分離後、PVDF膜に転写し、27kDaの主要ポリペプチドに相当するバンドを切り出し、プロテインシークエンサーでN-末端側アミノ酸配列を決定した。2.N-末端側アミノ酸配列に基づいて、縮重の比較的少ない領域を選び、センス(5′側)プライマーを合成する。アンチセンス(3′側)プライマーとしてベクターに相補的なオリゴヌクレオチドを合成し、IZAPIIベクターにクローン化されたウシ乳腺cDNAライブラリーをテンプレートとしてPCRをい、pUC119ベクターにサブクローニングし、DNAシークエンサーで塩基配列を決定する。続いて、PCRによって増幅した産物のうち、塩基配列がLPのアミノ酸配列に相当するクローンをプローブにして、ウシ乳腺cDNAライブラリーからプラークハイブリダイゼーションによって、27kDaのLPポリペプチドのcDNAをクローニングし、全長624bpの塩基配列を決定することができた。3.LPのcDNAの塩基配列から135アミノ酸残基からなることが演繹され、その分子量は15303であった。ラクトフォリン(LR)は牛乳のプロテオースペプトン画分の主要な糖タンパクの一つで、主要な2つの糖ペプチドから構成されている(27と17kDa)。

1%ラクトフォリンと25%乳脂肪から調製したエマルションの乳化活性は高く(2500)、非常に安定であった。このエマルションにおける脂肪球の平均直径は2.45μmであり、その比表面積は31.7×10^3cm^2/cm^3であった。ラクトフォリン含量の増加とともに乳化活性、乳化安定性、非表面積は増大し、あるいは粒子の平均直径、乳化活性指数は減少し、いずれもラクトフォリン60mg/g乳脂肪でほぼ一定値に達した。ラクトフォリンの乳化能は、これまでに研究されている天然タンパク質および脂質に親和性をもつように改造されたタンパク質のうちで最も高いタンパク質である。さらにラクトフォリンの乳化能力を一次構造における疎水性率および二次構造のα-ヘリックスのらせん車輪における疎水性アミノ酸残基の分布から考察した。
気相拡散プロセスによるキャパシタ用複合電極新設計法の開発と評価

本研究では電極容量増大を目指し擬似容量をもたらす金属微粒子を気相プロセスであるプラズマCVD法を用いて担持させ、金属-活性炭複合電極を作製した。塩化白金酸溶液濃度0.064mol/l、プラズマ出力5W、10Wにて基板温度を150450°Cの範囲で変化させたところ基板温度の増大とともに容量は増加し350°Cのときに容量が最大となった。さらに、溶液濃度を0.064mol/lから0.32mol/lとし、プラズマ出力10Wで基板温度を変化させたところ、250°Cのとき、306F/gと容量が最大になり未担持電極の247F/gに比べて24%増加した。交流インピーダンス測定結果より円弧を1つとみなし電荷移動抵抗Rctを算出した結果、Pt粒子の凝集が見られた450°CではRctが最大となり、未担持試料に比べて60%増大した。しかし、Pt担持電極では電極容量が増大するに従いRctは減少し、最も容量が高かった250°Cの試料では未担持電極に比べ32%の減少となった。Ptを高分散化することで、電荷移動抵抗が小さく、高容量電極を作成できる。擬似容量を考慮した等価回路を新たに作成し、電解液抵抗を含む直列抵抗成分をRsol、高周波側の小さな円弧の成分をC1, R1、低周波側の大きな円弧成分をC2, R2およびC3, R3としてフィッティングをおこなった。高周波円弧成分C1, R1は活性炭素繊維内部を表し、高周波側成分C2, R2は活性炭素繊維表面、C3, R3はPt粒子による擬似容量成分を表すと考えられ、基板温度250°Cの電極評価結果ではC3はC2の8.4倍の値となり、Pt担持による擬似容量付加効果が示された。交流インピーダンス測定と新たに構成した等価回路解析により擬似容量付加成分の分離解析に成功し、気相拡散プロセスによるキャパシタ用複合電極の設計指針を示した。金属微粒子としてはPtを用いた。比表面積1,500m^2/gの活性炭素繊維(東洋紡績KF-1500F)を基材に用い、H_2をキャリアーガスとしてH_2PtCl_6を導入した。H_2/Ar比20%、全圧67Pa、高周波電源出力315WにてプラズマCVD処理を行った。XRDにて担持粒子がPtであることを確認し、担持粒子の形態をSEMおよび高分解能FE-SEMにて観察した。活性炭素繊維表面の50100μmのマクロ孔内に20nm以下のpt粒子の形成を確認し、プラズマCVD法での金属微粒子担持活性炭素複合電極作製の有用性が示された。電解液に0.5MH_2SO_4水溶液を用いコイン型二端子セルにてサイクリックボルタンメトリ(CV)測定を行い、以下の結果を得た。H_2PtCl_6溶液濃度0.064mol/l、プラズマ出力5W,10Wにて基板温度を150450°Cの範囲で変化させたところ基板温度の増大とともに容量は増加し350°Cのときに容量が最大となった。450°CではPt粒子が凝集し、比表面積が減少したことにより容量が低下したと考えられる。Pt粒子の凝集の様子はSEMにより確認できた。さらに、溶液濃度を0.064mol/lから0.32mol/lとし、プラズマ出力10Wで基板温度を変化させたところ、250°Cのプラズマ処理条件において306F/gと容量が最大になり未担持電極の247F/gに比べて24%増加した。基板温度350°C,450°Cでは容量は大幅に低下した。低溶液濃度(0.064mol/l)ではプラズマ出力5W,10Wの条件とも基板温度の増大とともに上昇し、容量最大となった350°Cで担持量も最大となった。一方、高濃度(0.32mol/l)では基板温度と担持量に相関がみられず、容量測定結果の傾向とも一致しなかった。特に容量最大値が得られた基板温度250°Cの条件と450°Cでは、ほぼ同量のPt担持量(約10%)にもかかわらず容量測定結果に明らかな差異がみられ、SEM測定からもPt粒子の凝集に起因する容量低下が確認された。

しかし、Pt担持電極では電極容量が増大するに従いRctは減少し、最も容量が高かった250°Cの試料では未担持電極に比べ32%の減少となった。Ptを高分散化することで、電荷移動抵抗が小さく、高容量電極を作成できる。擬似容量を考慮した等価回路を新たに作成し、電解液抵抗を含む直列抵抗成分をRsol、高周波側の小さな円弧の成分をC1, R1、低周波側の大きな円弧成分をC2, R2およびC3, R3としてフィッティングをおこなった。高周波円弧成分C1, R1は活性炭素繊維内部を表し、高周波側成分C2, R2は活性炭素繊維表面、C3, R3はPt粒子による擬似容量成分を表すと考えられ、基板温度250°Cの電極評価結果ではC3はC2の8.4倍の値となり、Pt担持による擬似容量付加効果が示された。交流インピーダンス測定と新たに構成した等価回路解析により擬似容量付加成分の分離解析に成功し、気相拡散プロセスによるキャパシタ用複合電極の設計指針を示した。
抗腫瘍活性を有する三環性ジテルペノイドの効率的合成法の開発

抗腫瘍活性を有する三環性ジテルペノイドcurcusone類の全合成研究を行った。当初の経路において鍵化合物と考えていたラクトン体の合成を検討していたところ、多環性アセタール化合物が得られる結果となった。そのため別経路として環拡大反応を行い、7員環部を構築した。さらに向山aldol反応を含む数工程の変換によりcurcusone類の三環性骨格の構築を達成することができた。トウダイグサ科植物Jatropha curcusから単離された抗腫瘍活性を示す三環性ジテルペノイドcurcusone類の全合成経路の確立を目指し、本年度は基本骨格であるperhydrobenzo[e]azulene-1,4-dione骨格のうち、6員環と7員環が縮環した二環性化合物の合成研究を行った。(S)-perillaldehydeよりvinylogous向山-aldol反応及びオルト酢酸トリエチルを用いたJohnson-Claisen転位反応を用いる経路により、酢酸エチルエステルユニットを立体選択的に導入した。次いで酢酸エチルエステルユニットのα位に2-オキソブチル基を導入しγ-ケトエステル化合物を得ることができた。さらに、得られたγ-ケトエステル化合物に対するエノール化によるラクトン環の形成を種々検討したが、幾つかの塩基及び酸を用い検討を行ったものの、いずれの場合も目的物を得るには至らなかった。この検討の際、酸性条件においてアセタール交換、ケタール化による特異な三環性化合物の生成が認められた。今後ラクトン化の形成に関して、エノール化を経由する経路ではなく、アルキン及びカルボン酸を金属触媒存在下に反応させる経路について検討する予定である。抗腫瘍活性を有する三環性ジテルペノイドcurcusone類の合成研究に取組み、昨年度に引き続き7員環および6員環からなる二環性骨格の構築について検討した。始めに当初の計画に従い、ペリルアルデヒドを出発物質としビニロガス向山アルドール反応、ジョンソンクライゼン転位、アルキン側鎖の導入の後、金触媒を用いたラクトン環化により側鎖上にγ-ラクトンを有する6員環化合物の合成を達成した。次いで、ワインレブアミド化によるラクトン環の開環と続く分子内アルドール縮合による二環性骨格の一段階での構築を検討した。すなわち、アルミニウム試薬またはグリニャール試薬による活性化条件、さらにはアミド化条件によるジメチルヒドロキシルアミンユニットの導入など、種々条件検討を行ったが、アミド化が進行せず7員環の構築には至らなかった。反応点のγ-ラクトンはエノール構造を含んでいるためラクトンカルボニル基の反応性が著しく低化しており望むアミド化が進行しなかったものと考えられる。そこでジョンソンクライゼン転位により得られるエチルエステル体を二段階の変換によりエチルケトン体とした後、酸性条件下分子内アルドール縮合を行いトランスデカリン骨格を有するエノン体を合成した。次いでカルボニルα位に、メトキシカルボニル基、次いでヨードメチレン基を順次導入した後、ドードーベックウィズ環拡大反応を行ったところ、シクロプロパン化を経由する6員環エノンの7員環エノンへの環拡大反応が進行し、curcusone類の基本骨格となる二環性化合物の合成を達成した。また昨年度行った酸性条件を用いた環化反応によるジヒドロフロピラン骨格構築法をさらに展開し、フラニルジオールの酸性条件下連続ケタール形成反応を検討した。その結果、マングローブ由来抗腫瘍性三環性ノルネオリグナンcatunareginの効率的合成法の確立に成功した。当初計画していた合成経路の検討に10ヶ月以上の時間を費やし、一旦保留することとした。しかしラジカル環拡大反応を用いた別経路の検討がスムーズに進展したことで、今年度の目標としていた7員環の構築に成功し、標的化合物の三環性骨格のうち、二環性骨格の構築に成功している。合成した二環性化合物は最終化合物への変換が可能な官能基を備えており、以降は予定通りの変換反応を検討することで、curcusone類の全合成達成が期待される。そのため本研究課題は概ね順調に進展していると考えている。抗腫瘍活性を有する三環性ジテルペノイドcurcusone類の合成研究に取り組み、昨年度に引き続き三環性骨格の構築について検討を行った。昨年度は、ドードーベックウィズ環拡大反応を用いることで、7員環を含む二環性骨格の構築に成功した。そこで得られる二環性化合物を基に、5員環構築に適した側鎖の種類及びその導入について検討を行った。炭素鎖の伸長にあたり、7員環上ケトンをシリルエノールエーテルとして保護した後、側鎖部位にアセトニトリルユニットを求核付加させ、次いでニトリル部を還元と続く加水分解に付すことで2炭素増反されたアルデヒドを得ることができた。さらに環化反応について種々検討した結果、シリルエノールエーテルを有するアルデヒドに対し、塩化インジウム等のルイス酸を作用させる分子内向山アルドール反応を行うことで、三環性骨格を有するアルドール付加体が中程度の収率で得られることが判明した。その際に用いるルイス酸の種類により得られる主生成物が異なることも判明した。研究期間内に最終目的であるcurcusone類に到達することはできなかったものの、ペリルアルデヒドより、ビニロガス向山アルドール反応、ジョンソンクライゼン転位、アルドール縮合、ドードーベックウィズ環拡大反応、さらに分子内向山アルドール反応を駆使することで、curcusone類が有する三環性骨格の構築に成功した。また、副反応を展開した中国産マングローブ由来三環性ノルネオリグナン

catunareginの合成研究を不斉合成へと発展させ、catunareginの初の不斉全合成に成功した。この結果、curcusone合成研究の初年度に見出された副反応を、afritoxinone Aの骨格構築法の開発、及びcatunareginの三環性骨格構築法の開発と、2種の天然物合成研究へと発展させることに成功した。抗腫瘍活性を有する三環性ジテルペノイドcurcusone類の全合成研究を行った。当初の経路において鍵化合物と考えていたラクトン体の合成を検討していたところ、多環性アセタール化合物が得られる結果となった。そのため別経路として環拡大反応を行い、7員環部を構築した。さらに向山aldol反応を含む数工程の変換によりcurcusone類の三環性骨格の構築を達成することができた。本合成研究の前半の工程においては、γ-ケトエステル化合物のエノラート化によるラクトン環の形成、さらに、そのラクトン環部とアセタールユニットとを併せ持つ化合物に対するWeinrebアミド化による二環性骨格の構築を、後半の経路においてビニル化と三環性骨格の構築を同時に行うことを鍵反応としており、それらを達成することで目的とする三環性ジテルペノイドcurcusone類の効率的な合成経路の確立が達成される。初年度である平成26年度はWeinrebアミド化による二環性化合物の合成を目的として、研究を開始した。既に確立している作業工程であるものの、(S)-perillaldehydeより転位反応など四工程を用い、酢酸エチルエステルユニットを有する化合物の立体選択的合成を行った。次いで、γ-ケトエステル化合物へ誘導するために、エステルα位へ2-ブタノン側鎖の導入を検討したところ、中程度の収率ではあるが、γ-ケトエステル化合物の合成までは達成することができた。しかしながら、最初の鍵段階であるエノール化を伴ったラクトン環の形成を達成することができなかった。酸性および塩基性条件下において種々検討を行ったが、複雑な混合物が得られる反応がほとんどであり、それらの副生成物の構造の精査に多くの時間を費やしてしまった。また、エノール化によるラクトン環の形成を検討している際に、酸性条件において予期していない副反応が進行し、望まない環化反応が進行することが判明したため、それらを展開し、天然物であるafritoxinone Aの基本骨格の効率的な構築に成功した。その合成研究を行ったため、主たる目的であるcurcusone類の合成研究が一時停滞してしまった。それらのことが原因であるが、今後若干の経路変更を行うことで、ラクトン環の形成を検討する予定である。目的とするcurcusone類の合成には5員環部の構築を残すのみとなった。始めに5員環構築の足掛かりとしてメチルエステルをワインレブアミドへと変換する。得られるワインレブアミド体は、7員環上にカルボニル基とカルボニルβ-位にアミドを有している。そのため塩基によりカルボニル基をエノラートイオンとした後、ビニルグリニャール試薬を作用させ、ワインレブアミドヘのビニル化を行うことで、エノラートイオンのビニルケトンへの1,4-付加を一挙に進行させ5員環部を構築する。
シンチレーション検出器中での高エネルギー放射線輸送及び発光機構に関する研究

平成18年度は,三カ年計画の最終年度である。よって,前年度までの研究成果の取り纏め及び公開に重点を置いた。平成17年度に開発したエネルギー依存型荷電粒子発光モデルを,モンテカルロシミュレーションコードSCINFUL-QMDに組み込んだ。この改良版SCINFUL-QMDコードによって計算したシンチレーション検出器の応答関数を,平成16年度に取得した800MeVまでの中性子に対する実験データと比較した。この結果,以前確認されていたSCINFUL-QMDコードの高発光量領域における過大評価が改善され,シンチレーション検出器中での高エネルギー放射線の輸送及び発光現象を適切に模擬できていることが分かった。本課題では,シンチレーション検出器の応答を実験的に解析し,実験値を基に理論モデルを構築,さらにその理論モデルを用いたシミュレーション解析を実行するための計算コードを開発した。これらのことにより,本課題の所期の目標は達成されたと言える。またSCINFUL-QMDコードの応用として,シンチレーション検出器を主構成要素とする次世代型放射線モニタDARWINの高エネルギー中性子に対する応答特性をシミュレーション解析した。この解析結果を基に,検出器形状の最適化が成された。これらの成果は,欧州にて行われた第10回中性子線量計測シンポジウムにて発表すると伴に,英文誌に投稿した。さらに,SCINFUL-QMDコードは,そのマニュアルを整備し,日本原子力研究開発機構の公開する原子力コードとして,広く一般利用に供した。高エネルギー放射線計測に用いられているシンチレーション検出器に対して,応答関数を計算により評価するためには,検出器内での放射線の輸送及び発光機構に対する精度の良いモデルを構築する必要がある。そこで本年度は,モデルの開発に必要な実験データを取得するために,放射線医学総合研究所(放医研)重粒子線がん治療装置HIMAC物理汎用ビームコースにおいて,シンチレーション検出器への中性子照射実験を行った。検出器には,放射線測定実験で一般的に用いられるBC501A液体有機シンチレーション検出器を用いた。核子当たり800MeVのSiイオン及び400MeVのCイオンを厚い炭素ターゲットに入射し,核破砕反応を利用して高エネルギー中性子を生成させ,飛行時間法により決定した運動エネルギーを有する中性子入射に対する応答関数を得た。シンチレーション検出器中の放射線輸送及び発光を評価するための3次元粒子輸送モンテカルロシミュレーションコードを開発した。高エネルギー核反応計算には,量子分子動力学模;型を採用し,核反応により生成された各粒子に対しエネルギー損失を求め,それを光出力に換算することにより応答関数を得た。シミュレーション計算の結果と実験値を比較したところ良好な一致を示した。次年度は計算精度の更なる改善を図るたあ,各種荷電粒子に対するエネルギー依存発光特性を解明する。そのためHIMACにて単色の荷電粒子照射におけるシンチレーション検出器の応答関数測定を行う。この実験計画は既に放医研により受理されている。平成16年度は,液体有機シンチレーション検出器に対し800MeVまでの中性子照射実験を行った.また,得られたデータを基にシンチレーション検出器中での3次元粒子輸送モンテカルロシミュレーションコードのフレームを開発した.平成17年度は,陽子・重陽子・三重陽子・^3He原子核・α粒子に対するエネルギー依存発光特性を測定した.荷電粒子に対するエネルギー依存発光特性の測定は,放射線医学総合研究所重粒子がん治療装置HIMAC物理汎用ビームコースにおいて行われた.核子当たり400MeVのCイオンを厚い炭素ターゲットに入射し,核破砕反応を利用して各種荷電粒子を生成させ,その運動エネルギーは飛行時間法により決定した.また,シンチレーション検出器に,加速器から供給される160MeV及び100MeVの単色陽子ビームを直接照射する測定も行った.得られたデータから,液体有機シンチレーション検出器のエネルギー依存発光特性を精度良く再現する新しいモデルを開発した.次年度は,開発したモデルをシミュレーションコードに組み込み,その計算精度を向上させる。
動脈硬化における酸化DNA障害とその防御機構

酸化DNA障害の蓄積が動脈硬化を増悪させるのかは分かっていない。我々は酸化DNA障害のうち8-オキソグアニン(8-oxoG)に注目し、動脈硬化モデルである.Apoe^<-/->マウスに8-oxoGTP分解活性をもつヒトMTH1を過剰発現させ動脈硬化を調べた。ヒトMTH1-Tg/Apoe^<-/->マウスとApoe^<-/->マウスの全大動脈のOil redO陽性面積は差がなかった。hMTH1トランスジェニックマウスを凍結受精卵から起こし、マウスの繁殖をすすめるとともにhMTH1-Tg (+) /Apoe (-/-)マウスを樹立した。一部のhMTH1-Tg (+) /Apoe (-/-)オスマウスは8週齢から高脂肪食(0.15%コレステロール、総カロリー比40%)投与を開始し、2週間ごとに体重、血圧測定を行った(現在継続中)。上記に先行してコントロールとするApoe (-/-)マウスのデータを蓄積した。酸化DNA損傷がマウス個体に及ぼす影響は多岐にわたると予想し、以下の動脈硬化に影響する様々な因子を測定した。測定項目:体重、血圧(各n=13)、血清総コレステロール、LDLコレステロール、HDLコレステロール、トリグリセリド(各n=8)、リン脂質、遊離脂肪酸(各n=5)、グルコース(n=10)、インスリン(n=5)、OilredO染色を行った大動脈のEnface解析(n=8)、Elasticavan Gieson染色をもとに測定した大動脈内膜肥厚面積(n=9)、MOMA-2免疫染色をもとに測定した内膜肥厚部位におけるマクロファージ陽性面積(n=3)、内膜肥厚部位におけるSudanIV陽性面積(n=10)。現在、hMTH1-Tg (+) /Apoe (-/-)マウスのデータをコントロールの条件に合わせてとる準備をしている。酸化DNA損傷の評価のためのApoe (-/-)マウスの動脈硬化部位のDNA (核およびミトコンドリア)中の8-oxodGを免疫染色で定量的に検出する条件を検討し、核DNA中の8-oxodG免疫染色の条件を確立できた。内膜肥厚部位では血管内皮細胞、泡沫マクロファージ、平滑筋細胞のいずれにも強い8-oxodGのシグナルを認めた。質量分析により大動脈、肝臓中の核DNA中の8-oxodG量を測定するためのサンプルもすでに採取した。動脈硬化モデルとして使用したApoe^<-/->マウスの動脈硬化巣内の8-oxoGの蓄積を免疫染色によって示した。内膜肥厚部位の核中の8-oxoGを免疫染色によって検出した。血管内皮細胞、泡沫マクロファージ、平滑筋細胞のいずれにおいても8-oxoGの高い蓄積を認めた。大動脈、特に血管内皮細胞でMTH1が発現するとの報告がある。MTH1が8-oxoGの蓄積を抑制し、動脈硬化の進展抑制に働く可能性を期待した。ヒトMTH1-Tg/Apoe^<-/->マウスオス(n=9)とコントロール群であるApoe^<-/->マウスオス(n=9)に対して、8週齢から22週間高脂肪食(0.15%コレステロール、総カロリー比40%)を投与した。高脂肪食投与中の体重増加はヒトMTH1-Tg/Apoe^<-/->マウスとApoe^<-/->マウスでは同じであった。一方収縮期血圧はヒトMTH1-Tg/Apoe^<-/->マウスがApoe^<-/->マウスに対して10mmHg程度高い傾向があった。30週齢で解剖し動脈硬化及びその危険因子を解析した。大動脈起始部から総腸骨動脈分岐までの全大動脈を一塊として0il red0染色を行った。hMTH1-Tg/Apoe^<-/->マウスの0il red0陽性面積が大きい傾向にあった。高脂血症の程度はヒトMTH1-Tg/Apoe^<-/->マウスとApoe^<-/->マウスで差はなかった。以上をまとめるとhMTH1の過剰発現により収縮期血圧は上昇し、動脈硬化も増悪する傾向にあった。近年シグナル伝達物質としての8-oxoGが生体の恒常性維持に重要との報告がある。今回の結果からは動脈硬化の抑制シグナルとしての8-oxoGの役割を考えた。