hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
核融合プラズマにおける共鳴摂動磁場の浸み込み及び不安定モードの電磁流体力学的研究

今年度は、大型ヘリカル装置(LHD)プラズマの交換型モードに対するイオン及び電子の反磁性効果を解析した。特に、熱伝導度及び粘性の影響に着目した。これまで、交換型モードに対しては、これらの散逸項は安定化に寄与し、線型成長率を低減する効果のみを持つと考えられてきた。そこで、3-fieldの簡約化電磁流体力学(MHD)方程式を用い、反磁性効果を含んだ場合について線型固有値解析を行った。まず、熱伝導効果のみを含む場合について、考察した。反磁性効果がない場合には、熱伝導度を増加させるに従って、第1固有値の成長率は減少していく。同時に、第2固有値の成長率は増加していく。そして、熱伝導度がある値より大きくなると両者は縮退して、同じ成長率をもって減少していくことが得られた。成長率が縮退するまでは、いずれの固有値の実周波数もゼロであるが、成長率の縮退と同時に実周波数に分岐が生じ、第1固有値はイオン反磁性方向の値を持ち、第2固有値は電子反磁性方向の値を持つことがわかった。次に、この状況において、反磁性効果を含めた解析を行った。この場合、熱伝導度のどの値に対しても、成長率及び実周波数において両者は分離していることが得られた。さらに粘性を加えた解析も行った。この場合には、熱伝導度がある値よりも大きくなると、第1固有値と第2固有値の成長率が逆転する。一方、実周波数の符号は変化しない。従って、実際に観測されるモードは、成長率が最大のモードであることを考えると、熱伝導度が小さいときには、イオン反磁性方向に回転するモードが観測されるが、ある程度大きい場合には、電子反磁性方向に回転するモードが観測されることになる。後者の場合がLHDの実験に良く対応している。また、その場合には、熱伝導度を増加させても、必ずしも成長率が減少するとは限らないことも得られている。27年度が最終年度であるため、記入しない。核融合エネルギー発電の実現に向けた研究において、ヘリオトロン磁場閉じ込め方式では、圧力駆動型モードが、電磁流体力学的には最も危険な不安定性となる。LHDの実験においては、交換型モードに対して何らかの安定化メカニズムが働いていることが示唆されており、モードが電子反磁性方向に回転していることも得られている。そこで、本研究では、反磁性効果による影響を数値的に調べた。まず、イオン反磁性効果を導入して三次元数値計算を行った。この場合、実験に対応すると考えられる電気抵抗、粘性、熱伝導の散逸効果も導入した。その結果、ベータ値が高く、理想モードに対して不安定な場合には、理論からの予想通り、モードはイオン反磁性効果に回転し、反磁性効果が大きいほど、成長率が小さくなる。これに対し、ベータ値が低く、理想モードが安定で抵抗性モードのみが不安定な場合には、モードは逆の電子反磁性方向に回転する結果が得られた。また、反磁性効果によって成長率が大きくなる領域が存在することを見出した。これは、理論的解析からは予想できない。そこで、円柱配位での簡約化方程式を利用して、固有値解析を行った。まず、散逸の効果を調べるために、反磁性効果の無い解析を行った。理想不安定な状態からベータ値を小さくしていくと、不安定な第1成長率は小さくなり、ある値以下では第2固有値と縮退して小さくなっていく。一方、実周波数成分は、成長率の縮退と同時に2つに分岐し、片方は大きくなり、もう片方は小さくなる。この状況にイオン反磁性効果を加えると、ベータ値が小さくなるにつれて、第1成長率が小さくなる状況は同様であるが、縮退は生じず、小さなベータ値では安定化効果は反磁性効果が無い場合に比べて弱い。さらに、第1実周波数は、ベータ値の減少とともに減少し、符号が反転して、モードの回転がイオン反磁性方向から電子反磁性方向へ変化することが得られた。

従って、実際に観測されるモードは、成長率が最大のモードであることを考えると、熱伝導度が小さいときには、イオン反磁性方向に回転するモードが観測されるが、ある程度大きい場合には、電子反磁性方向に回転するモードが観測されることになる。後者の場合がLHDの実験に良く対応している。また、その場合には、熱伝導度を増加させても、必ずしも成長率が減少するとは限らないことも得られている。本研究課題では、ヘリオトロンプラズマでの電磁流体力学的安定性の理論的解明を目指している。特に、核融合科学研究所での大型ヘリカル装置(LHD)における実験結果を説明し、それによる将来の原型炉の設計に寄与することが課題となる。ヘリオトロンプラズマでは、プラズマ中に大電流を流さなくても閉じ込め磁場を形成することができるため、電流駆動型モードは不安定にならず、トカマク装置では避けられないディスラプションは原理的に生じないという非常に大きな利点を持っている。一方、圧力駆動型モード、特に交換型モードが最も危険な不安定性であり、LHD実験においても、交換型モードによる崩壊現象が観測されている。従って、交換型モードに対する安定性限界を確定することがきわめて重要である。ところが、LHD実験においては、理想モードに対して不安定であると理論的に予測されている磁場配位において最高β値が達成されており、理想モードによる予測は十分でない。また、モードは電子反磁性方向に回転していることも観測されており、この回転に関する解明も必要である。そこで、本研究課題では、反磁性効果を含む安定性解析を行い、LHD実験結果を解明しようとしている。平成26年度は、まず、熱伝導の効果が交換型モードの線形成長にどのように影響を与えるかについて解析を行った。そして、固有値の分岐と融合が生じることを始めて明らかにした。さらに、イオン反磁性効果を含む数値解析を行い、安定性とモードの回転方向に対する新たな知見を得、その特性を理解することに成功した。この観点から、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度においては、主としてイオン反磁性効果を含む解析を行ったが、実際のプラズマには電子反磁性効果も存在する。そこで平成27年度においては、電子反磁性効果も含めた解析を行い、より現実に即した解析を行う。電気抵抗、粘性、熱伝導の散逸効果に対して広範なパラメタサーベイを行い、イオン及び電子反磁性効果の安定化寄与が働く領域を確定し、実験結果と比較する。また、モードの回転方向についても、定量的な解析を行い、実験結果を説明する。解析手法としては、三次元数値シミュレーションと簡約化方程式による固有値解析を用い、シミュレーションによる線形的振舞いを固有値解析によって解明する。さらに、三次元数値シミュレーションを非線型飽和領域まで拡張し、定常的な回転や崩壊現象の再現を目指す。核融合原型炉においては、大規模な崩壊現象を避ける必要がある。また、小規模な揺動は、第2安定化によって抑制される可能性もある。従って、原型炉における安定限界は非線型崩壊現象の有無によって判断すべきである。しかし、非線型シミュレーションは一般に大きな計算コストが必要となる。
第一度近親者における大腸癌家族歴と大腸癌・腫瘍リスクに関する前向き研究

日本の大腸がん検診に家族歴(第一度近親者の大腸癌歴)を組み込むべきかを検証すべく、本研究では、検診対象者において、大腸癌家族歴の有無によって大腸癌・腫瘍の有病割合に違いがあるか明らかにすることを目的としている。これまでに、国立がん研究センター検診センター受診者コホートから、大腸癌家族歴を含めた検診受診者背景因子と大腸癌・腫瘍の有病割合の関係を検証し、家族歴(第一度近親者の大腸癌歴)が有る場合と無い場合における大腸Advanced neoplasiaの有病割合が各々4.1%、6.1%であることを明らかにした。この結果を含めた検証内容は、既に英語論文としてpublishしている。家族歴が有る場合の方がやや高い有病割合を呈するものの、統計学的に有意な差には至っておらず、さらに詳細な検討が必要な状況である。そこで、現在、受診者の年齢によって家族歴の影響が異なる可能性などを考慮し、さらなる検討を進めている。現在進めている検討については、予定研究期間内に結果が明らかとなるペースで進行している。上記に加えて、大腸癌家族歴の有無で、大腸ポリープの発生や進行に違いがないかについても検討を行った。国立がん研究センター検診センター受診者のうちで、5mm未満の微小腺腫のみを有する、もしくは腺腫を有さないコホートを対象に、その後の新規ポリープ発生や既知のポリープの進行に違いがないかを検証した。その結果、既知のポリープからのAdvanced neoplasiaへの進行例はなく、5年時点での新規Advanced neoplasiaの累積発生率は、家族歴の有無で差が見られなかった。この結果を含めた検討内容については、既に英語論文が今年受理されている。今年度は、研究の最終年度であり、上記進行中の検討の結果を出した上で、学会発表、さらには論文発表を行うことを予定している。既に英語論文での発表もあり、概ね順調と判断する。今年度、最終解析を進めていく。既に得られた結果から、さらに、受診者の年齢によって大腸癌家族歴の影響が異なる可能性などの検討が必要と考えられた。そこで、その点を含めて、さらなる検討を進めている。日本の大腸がん検診に家族歴(第一度近親者の大腸癌歴)を組み込むべきかを検証すべく、本研究では、大腸癌家族歴の有無によって大腸癌・腫瘍の有病割合に違いがあるか明らかにすることを目的としている。前向きにデータを収集していく前に、平成29年度は、国立がん研究センター検診センターの5000人以上のデータを用いて、大腸癌家族歴を含めた検診受診者背景因子と大腸癌・腫瘍の有病割合の関係を検証し、家族歴(第一度近親者の大腸癌歴)が有る場合と無い場合における大腸Advanced neoplasia[大腸癌やadvanced adenoma(径10mm以上の腺腫や病理組織学的に絨毛構造を25%以上有する腺腫、さらには本邦の粘膜内癌にほぼ相当するhigh-grade dysplasiaを有する腺腫性腫瘍)を含む]の有病割合を基礎データとして調査することとした。その結果、性別、年齢、大腸癌家族歴、ボディマス指数、喫煙歴が大腸Advanced neoplasiaの有病割合と関連する因子として検出され、大腸癌家族歴がない場合とある場合の大腸Advanced neoplasiaの有病割合がそれぞれ、4.1%、6.1%(2人以上の第一度近親者に大腸癌家族歴がある場合は13.2%)であることが判明した。平成29年度に既に本内容を英文論文として発表している。今後、今回得られた結果を基礎データとして、さらに特に家族歴がある場合の大腸癌・腫瘍の有病割合について前向きにデータを集め、検証を深めていく予定である。平成29年度に、英文論文発表の業績も得られ、その意味では順調に進行していると言える。しかし、これから前向きデータを収集していくに際し、国立がん研究センターで新たに研究倫理審査委員会からの承諾を得る必要があるが、その点で、まだ時間を要すると予想され、やや遅れていると判断される。

その結果、既知のポリープからのAdvanced neoplasiaへの進行例はなく、5年時点での新規Advanced neoplasiaの累積発生率は、家族歴の有無で差が見られなかった。この結果を含めた検討内容については、既に英語論文が今年受理されている。今年度は、研究の最終年度であり、上記進行中の検討の結果を出した上で、学会発表、さらには論文発表を行うことを予定している。既に英語論文での発表もあり、概ね順調と判断する。今年度、最終解析を進めていく。大腸癌家族歴と大腸癌・腫瘍の有病割合に関する前向きデータ、具体的には国立がん研究センター中央病院で大腸癌の加療歴のある患者の第一度近親者の大腸癌・腫瘍の有病割合データを前向きに収集していく。実際の大腸癌加療情報に基づいた家族歴情報を用いるため、質問票に基づく場合に比べ、より正確な情報が得られ、その結果、大腸がんスクリーニングにおける家族歴の扱いについてより適切に検証できることが期待される。前向きデータ収集に向け、国立がん研究センターで新規に研究倫理審査委員会からの承諾を得るべく、早急に準備を進めていく。既に得られた結果から、さらに、受診者の年齢によって大腸癌家族歴の影響が異なる可能性などの検討が必要と考えられた。そこで、その点を含めて、さらなる検討を進めている。現在進めている検討については、予定研究期間内に結果が明らかとなるペースで進行している。平成29年度は、大腸癌家族歴と大腸癌・腫瘍有病割合に関する前向きデータ収集の前段階として、基礎データの収集・解析を行ったため、次年度使用額が生じた。次年度使用額については、前向きデータ、具体的には国立がん研究センター中央病院で大腸癌の加療歴のある患者の第一度近親者の大腸癌・腫瘍の有病割合データを前向きに収集していくのに際して使用する。当初、研究対象者の検査費用や対象者への通信費を見込んでいたが、こちらは診療における財源から対応が可能であった。その分、最終解析に向けて、さらなるデータ管理や統計解析を要する状況であり、次年度使用の形でそちらの対応する予定である。
レンチウイルスベクターを用いた脊髄小脳変性症14型の分子病態の解明

小脳失調、構音障害、眼球運動障害を主徴とする脊髄小脳変性症14型(SCA14)は常染色体優性遺伝性疾患で、遺伝子変異によりタンパク質リン酸化酵素Cγ(プロテインキナーゼC;PKCγ)の一つのアミノ酸置換が原因である。PKCγが全部なくなってもわずかな運動失調を示すのみであることから、なぜPKCγの1つのアミノ酸が置き換わるだけで病気になるのかがわかっていなかった。PKCγは脳に特異的なPKCのタイプで、小脳プルキンエ細胞にとくに豊富に存在し、プルキンエ細胞の不要なシナプスを除去する役割をもつことが知られている。プルキンエ細胞にはPKCγ以外にPKCαも存在するが、PKCαは小脳が司る運動学習に不可欠であることが報告されている。本研究では、レンチウイルスベクターを用いてマウスの小脳プルキンエ細胞に変異型PKCγを発現させて解析した。その結果、1ヶ月後にマウスは運動失調を示した。プルキンエ細胞を調べたところ、変異型PKCγは凝集体を作っていた。変異型PKCγとマウスがもともと持っている正常のPKCγ及びPKCαとの関係を調べたところ、変異型PKCγが正常のPKCγを巻き込んで凝集体を作っていることが明らかになった。他方、PKCαは変異型PKCγが作る凝集体に巻き込まれていなかった。そこでさらに研究を進めた。PKCαは通常、細胞質に存在し、刺激が入ると細胞膜に移動してタンパク質をリン酸化することが知られている。ところが、変異型PKCγが存在する場合、PKCαは細胞膜に移動してもすぐに細胞質に戻って来ることが明らかとなった。細胞質に十分な時間、留まることができないと、細胞膜に存在するタンパク質をリン酸化できず、PKCαの効果が失われることがわかった。本成果はJournal of Neuroscience(2011年10月5日電子版)に掲載された。患者と同じ点変異をもつ脊髄小脳変性症14型原因遺伝子(Protein kinase Cγ;PKCγ)をGFPとともに生後6日のマウスのプルキンエ細胞に発現させ、生後25日に発現プルキンエ細胞の変化を検討した。形態的には明らかな変化を認めなかった。パッチクランプ法で機能を調べたところ、余剰な登上線維が残存しており、代謝型グルタミン酸受容体を介するTRPC3電流が増大していた。よって発現プルキンエ細胞ではPKCγの機能が阻害されていると考えられた。プルキンエ細胞に変異型PKCγと野性型PKCγを発現させたところ、変異型PKCγが野生型PKCγを巻き込んで凝集塊を形成することがわかった。次に平行線維一プルキンエ細胞シナプスで誘導される長期抑圧現象(Long-term depression ; LTD)の発現を調べたところ、LTD発現も阻害されていた。LTD発現にはPKCαが重要であることが報告されている。そこで、PKCγとPKCαの相互作用について検討した。プルキンエ細胞に野生型あるいは変異PKCγ-GFPと野生型PKCα-DsRedを発現させて、脱分極刺激に伴うPKCγ-GFPとPKCα-DsRedの膜への移動を調べた。変異型PKCγ-GFPと野生型PKCα-DsRedの共局在は認められなかった。脱分極刺激を与えると、変異型PKCγ、野性型PKCγ関係なく、PKCα-DsRedの膜移動が観察された。しかし、変異型PKCγを共発現させた場合、野性型PKCγ共発現の場合に比べて、PKCα-DsRedが細胞膜に滞在する時間が有意に短いことがわかった。脊髄小脳変性症14型原因遺伝子(Protein kinase Cγ; PKCγ)をGFPとともに生後6日、あるいは生後25日のマウスのプルキンエ細胞に発現させ、3週間後に発現プルキンエ細胞の変化を検討した。次に平行線維-プルキンエ細胞シナプスで誘導される長期抑圧現象(Long-term depression ; LTD)の発現を調べたところ、LTD発現も阻害されていた。半分程度のデータは昨年度に得られていたが、統計的に処理できるまで数を増やした。得られたデータをもとに論文を作成し投稿したところ、修正は必要であるが基本的には掲載できるレベルにあるとの編集者からの返信があった。掲載に向けてレフェリーの指摘に基づき、追加実験を行った。主な追加実験はDTDである。PKCγ欠損マウスではLTDが起こることが報告されているが、その報告中の刺激と我々のLTD誘導刺激が異なっているため、我々の刺激プロトコールを用いた場合でもPKCγ欠損マウスプルキンエ細胞でLTDが誘導できることを示せ、というものであった。そこでPKCγ欠損マウスを手に入れ、繁殖させて実験を行ったところ、確かに過去の報告のとおりLTD誘導が観察された。

小脳失調、構音障害、眼球運動障害を主徴とする脊髄小脳変性症14型(SCA14)は常染色体優性遺伝性疾患で、遺伝子変異によりタンパク質リン酸化酵素Cγ(プロテインキナーゼC;PKCγ)の一つのアミノ酸置換が原因である。PKCγが全部なくなってもわずかな運動失調を示すのみであることから、なぜPKCγの1つのアミノ酸が置き換わるだけで病気になるのかがわかっていなかった。PKCγは脳に特異的なPKCのタイプで、小脳プルキンエ細胞にとくに豊富に存在し、プルキンエ細胞の不要なシナプスを除去する役割をもつことが知られている。プルキンエ細胞にはPKCγ以外にPKCαも存在するが、PKCαは小脳が司る運動学習に不可欠であることが報告されている。本研究では、レンチウイルスベクターを用いてマウスの小脳プルキンエ細胞に変異型PKCγを発現させて解析した。その結果、1ヶ月後にマウスは運動失調を示した。プルキンエ細胞を調べたところ、変異型PKCγは凝集体を作っていた。変異型PKCγとマウスがもともと持っている正常のPKCγ及びPKCαとの関係を調べたところ、変異型PKCγが正常のPKCγを巻き込んで凝集体を作っていることが明らかになった。他方、PKCαは変異型PKCγが作る凝集体に巻き込まれていなかった。そこでさらに研究を進めた。PKCαは通常、細胞質に存在し、刺激が入ると細胞膜に移動してタンパク質をリン酸化することが知られている。ところが、変異型PKCγが存在する場合、PKCαは細胞膜に移動してもすぐに細胞質に戻って来ることが明らかとなった。細胞質に十分な時間、留まることができないと、細胞膜に存在するタンパク質をリン酸化できず、PKCαの効果が失われることがわかった。本成果はJournal of Neuroscience(2011年10月5日電子版)に掲載された。
歩行ロボットの試行による知識獲得に関する研究

本研究ではまず実環境の中の多様な未知対象物を自動的にモデリングするアプロ-チを構築することを最初の目標として取り上げた。この部分の研究において、われわれが提案及び構成した、実環境中の未知対象物について自動的にモデリングするためのロボットビジョンシステムを用いることにより、本研究で提案した「視点選択錐体相貫法」より対象物の精度の良い幾何モデルを効率良く自動作成した。また複数重なり合った未知対象物に対して、本研究で提案した「視点選択画像分離法」及び分割確認動作による分離状態のセンシングにより、対象物間の三次元分離情報をアクティブに引き出し、重なる未知対象物の個々の幾何モデルを自動作成した。また本研究では、平地での高速移動機能も重ね合わせた脚車輪型走行ロボットを提案及び構成した。これを用いて、前述の自動モデリング研究で開発した未知の環境における走行計画・走行制御のための環境認識機能と合わせて、階段・不整地歩行のほかに、平地走行時の障害物回避が、知識獲得の実験として行われた。そして、環境について自動的にセンシングを行い、走行計画及び各状況の対策などの知識を得ることが可能となった。環境を各部分に分けると、この各部分が比較的シンプルなケ-スになる。こうすることにより、一定程度の技能を持つ知能歩行ロボットは、環境に対して自律的に対処することができる。本研究では、このような立場に立って、未知環境を自動モデリングしながら、ロボットが歩行知識を獲得して、環境に自律的に適応していく脚車輪型走行ロボットでかなり程度の歩行知識が獲得できるものと考えている。段階や配管などのある人工環境や不整地・傾斜地などの自然環境に自立的に適応していく走行ロボットの開発のために、まず、平地での高速移動機能も重ね合わせた脚車輪型走行ロボットを製作し、搭載ボ-ドコン地走行時の障害物回避が、知識獲得の実験として行われる。また、未知の環境における走行計画・走行制御のため、環境を認識する必要がある。走行ロボットに必要な最初の知識として、CCDカメラやレ-ザスポットを用いて、環境の中の対象物の幾何位置求める基本計測システムを構成した。それを基に環境の幾何モデルを構成するシステムに関する基本構想を完成した。また、未知環境に対しては、単にロボットに知識を持たせるだけでは不十分であり、ロボットに自ら知識を獲得する機能を持たせる必要がある。現段階では、「知識獲得システム」全体の構成を検討しながら、まず、高性能ワ-クステ-ション上に「知識表現システム」を構築中であり、今年度は特に、幾何情報に関して進展が見られた。さらに、走行ロボットの制御はリアルタイムOSを持ったコンピュ-タを用いるので、走行における計画・制御時に得られたデ-タを解析して知識を獲得させるために、ロボット制御システムと知識獲得システムが、ロ-カルエリアネットワ-クを通して自由にデ-タ通信を行うことができるシステムを構築した。階段や配管などのある人工環境や不整地・傾斜地などの自然環境に自立的に適応していく歩行ロボットの開発のためには、ロボットに「自ら知識を獲得する機能」を持たせる必要がある。従って、本研究では、『歩行ロボットに試行錯誤的に階段昇降、不整地・傾斜地歩行などの動作を計画・実行させ、センサ情報の解析結果を通して知識の獲得を行わせることにより、未知の環境に自立的に適応可能な歩行ロボットを開発すること』を目的とする。(1)高性能ワ-クステ-ション上に、歩行ロボットに必要な最初の知識として、環境の幾何モデルを構成するシステムを作成した。(2)CCDカメラやレ-ザスポットなどのセンサデ-タから、自動的に幾何モデルを生成するシステムを構成した。その際、視点を効率良く制御するアルゴリズムを開発した。(3)製作した脚車輪型ロボットに傾斜角センサ・視覚センサを搭載し、平成元年度に構築した知識表現システムを用いて実験を行いながら、「知識利用システム」を構築した。幾何モデルのように数学的に表される「宣言的な知識」と、脚車輪型ロボットに不整地歩行などを行わせるときに必要な制御アルゴリズムなどの「手続き的な知識」を、統一的に扱うことができる「知識利用システム」の重要性が明かになった。

このために、「知識利用システム」の開発が平成2年度のメインテ-マとなり、「知識獲得システム」の開発は平成3年度に持ち越された。本研究ではまず実環境の中の多様な未知対象物を自動的にモデリングするアプロ-チを構築することを最初の目標として取り上げた。この部分の研究において、われわれが提案及び構成した、実環境中の未知対象物について自動的にモデリングするためのロボットビジョンシステムを用いることにより、本研究で提案した「視点選択錐体相貫法」より対象物の精度の良い幾何モデルを効率良く自動作成した。また複数重なり合った未知対象物に対して、本研究で提案した「視点選択画像分離法」及び分割確認動作による分離状態のセンシングにより、対象物間の三次元分離情報をアクティブに引き出し、重なる未知対象物の個々の幾何モデルを自動作成した。また本研究では、平地での高速移動機能も重ね合わせた脚車輪型走行ロボットを提案及び構成した。これを用いて、前述の自動モデリング研究で開発した未知の環境における走行計画・走行制御のための環境認識機能と合わせて、階段・不整地歩行のほかに、平地走行時の障害物回避が、知識獲得の実験とした行われた。そして、環境について自動的にセンシングを行い、走行計画及び各状況の対策などの知識を得ることが可能となった。環境を榎部分に分けると、この各部分が比較的シンプルなケ-スになる。こうすることにより、一定程度の技能を持つ知能歩行ロボットは、環境に対して自律的に対処することができる。本研究では、このような立場に立って、未知環境を自動モデリングしながら、ロボットが歩行知識を獲得して、環境に自律的に適応していく脚車輪型走行ロボットでかなり程度の歩行知識が獲得できるものと考えている。
見えざる環境因子・電磁波に関する環境工学的研究

近代文明の発展と共に、我々の身の廻りにインセンシブルな環境因子が生成され、様々な環境改変を生じ、人間を含む自然生態系に大きな影響を与えている。このような現状認識に立って、超音波や超低周波等の聴覚では直接捉えることのできない環境刺激の人体影響を、脳波、筋電、心拍、マイクロバイブレーションなどの生理量を検出することによって、明らかにするための基礎研究を進め、検出の可能性を確認できた。一方、情報化社会の申し子ともいうべき電磁波について、利用面のみならず環境因子としての視点から、既往の研究を調査し、問題の所在を明らかにした。それによれば居住環境における電磁波の実態、特に人体影響や建築空間、部位という側面では、ほとんど研究が行われていないことから、今回測定機器を導入して実測に着手した。本年度に得られた実績は、微々たるものであるが、今後継続的に建築環境の調査を進め、予測計算手法の確立につなげて行く予定である。また、人体影響についても前段の研究をベースとした被験者実験を進め、評価基準を見い出して行きたい。電磁環境については、日本建築学会に設置された安岡が主査の同名の小委員会で、広く、研究成果を持ち寄り、建築における電磁環境学の体系化を図り、諸外国との連携も深めている。これらの研究をスタートさせる上で、研究助成によって導入された装置による基礎的研究の寄与する処は大であった。人類の生活、特に文明の進展に伴なう環境改変は、自然環境からの乖離故に、それまでの環境に適応進化してきた我々の五感では捉えることのできないものが多い。これらの見えざる環境因子に対して様々なアプロ-チを試み、見える領域を含めた体系的展望を行い、問題の所在を大略明らかにできたと考えている。環境因子別には、音・振動環境について、超音波領域の実態調査を行い、自然環境音には雨音など20kHz以上の成分をもつものが多いこと、各種の電子機器から純音性の超音波がかなり高いレベルで放射されていることなどが明らかになった。また、人体のマイクロバイブレ-ションと環境振動や音との関連について、予備的な人体実験を行い、各種の外乱によって卓越振動の変化することを把握し、本格的な実験のための装置等の検討を行った。当初、メインテ-マとしていた電磁環境については、測定器の整備の不足、変更もあって、本年度は文献調査の範囲を出なかったが、材料等の小試料を対象としたMIL規格を準拠した各種の測定デ-タが、建築的スケ-ルの部位や空間の性能と如何に対応しないものであるかが明白になり、今後、建築分野での測定法などの規格化を進めて行く上での重要な知見が得られた。なおこの問題については日本建築学会内に新しく設置された電磁環境委員会と協力して研究を進めている。この他、文献調査としては、磁気、遠赤外線等の人体影響に関する資料を集めて整理し、研究の動向を把握した。
ナトリウム依存性グルコース輸送体(SGLT)による体液量調節機構の解明

本研究では、SGLT2阻害薬には潜在的なNa利尿作用がある一方、体液量の恒常性維持に重要な役割を果たすことを明らかにした。動物モデルへのSGLT2阻害薬投与により、1食餌量・飲水量と独立した尿中Na排泄促進・尿量増加作用があること2体液貯留のない非糖尿病モデルでは、食餌量・飲水量増加により代償され体液量を減少させないこと3体液貯留高血圧モデルでは、尿量増加を介した体液量減少効果があることを明らかにした。さらに、体液貯留を伴う糖尿病腎障害患者へのSGLT2阻害薬投与は、開始3日目をピークとした尿量及び尿中Na排泄促進を介して、細胞外水分量優位に体液貯留を改善させることを明らかにした。本研究は、ナトリウム依存性グルコース輸送体(SGLT)が体液量調節に関与するかを明らかにすることを目的とし、特に尿細管Na輸送の役割に着目し検討している。また、体液量評価法として、従来にはない非侵襲的体成分分析法である生体電気インピーダンス法を用いている。現在までの検討で、1選択的SGLT2阻害薬イプラグリフロジン(Ipra)は、自由摂食・飲水下の非糖尿病モデル(Sprague-Dawley rat)で尿中Na排泄量・尿量を増加させるが、食餌量・飲水量増加により体液量を変化させないこと2自由摂食・飲水下の糖尿病モデル(Spontaneously Diabetic Torii rat)では、食餌量・飲水量・尿中Na排泄量・尿量のいずれも非糖尿病モデルより高値であったが、Ipra投与による変化はなかったこと3非糖尿病モデルで、Ipra投与時に食餌量・飲水量をIpra非投与群と同等に制限すると、尿中Na排泄量・尿量増加により体液量が減少することを明らかにした。さらに、Ipra投与により近位尿細管に発現する水・Na輸送体であるSGLT2, SGLT1, pS605 NHE3, AQP1の発現が変化するのに対し、近位尿細管より下流の尿細管(ヘンレの係蹄集合管)に発現するNa輸送体の発現は変化しなかった。以上の結果から、SGLT2阻害薬イプラグリフロジンは、食餌量・飲水量と独立した尿中Na排泄促進・尿量増加作用により体液量を減少させること、同薬剤の作用部位である近位尿細管にてNa輸送に関与すること、が明らかとなった。本年度は、選択的SGLT2阻害が体液量・尿細管Na輸送に及ぼす影響と機序の解明を計画していたが、おおむねそれらの結果は得ている。SGLT2阻害薬投与時に自由摂食・飲水下では非糖尿病・糖尿病モデルのいずれにおいても体液量は変化しないこと、近位尿細管に発現する水・Na輸送体の発現が変化することを明らかにした。さらに、非糖尿病モデルではSGLT2阻害薬投与時に、尿中Na排泄量・尿量・食餌量・飲水量のいずれも増加し、結果として体液量が変化しなかったことから、当初の計画にはなかった食餌量・飲水量制限下での実験を追加した。その結果、尿中Na排泄量・尿量増加は持続し、体液量は減少することが明らかとなった。このことにより、SGLT2阻害薬イプラグリフロジンは、食餌量・飲水量と独立した尿中Na排泄促進・尿量増加作用により体液量を減少させると考えられた。本研究では、腎臓の近位尿細管に発現するナトリウム依存性グルコース輸送体(SGLT)による体液量調節機序を主に、尿細管Na輸送に着目して検討している。前年度までの検討で、選択的SGLT2阻害薬イプラグリフロジン(Ipra)は、1食餌量・飲水量と独立した尿中Na排泄促進・尿量増加による体液量減少作用があること21は体液貯留のない動物モデルにおいては、食餌量・飲水量増加により代償され体液量減少を来たさないことを明らかにしていた。これらの結果を踏まえ、本年度は体液貯留モデルへのSGLT2阻害薬投与が、自由摂食・飲水下で体液貯留を改善するかを検討した。食塩感受性(体液貯留)高血圧モデルのDahl食塩感受性(DS)ラットを用い、8週齢の雄性DSラットに高食塩食(8%NaCl)を3-5週間投与後、高食塩食群(H群)と高食塩+0.01%Ipra含有食群(H+I群)に分けた。代謝ケージ内で1週間飼育し、前後で生体電気インピーダンス(BIA)法による体液量測定を行った。体重はH+I群で減少し、尿量は3日目をピークとしてH+I群が有意に多く、7日目まで同様であった。BIA法で測定した総体水分量は、H群で増加(+9.3±7.3%)したのに対し、H+I群では減少(-3.2±3.1%)した。以上より、SGLT2阻害薬イプラグリフロジンは、自由摂食・飲水下の体液貯留モデルにおいて、尿量増加を介した体液量減少作用があると考えられた。さらに、体液貯留を伴う糖尿病性腎障害患者において、SGLT2阻害薬ダパグリフロジンを投与したところ、開始3日目をピークとして尿量及び尿中Na排泄が増加し、7日目にはBIA法で測定した総体水分量が有意に減少した。これら2年間の研究成果から、SGLT2阻害は生体における体液量の恒常性維持に重要な役割を果たすと考えられた。

前年度までの検討で、SGLT2阻害薬には体液量減少作用があるものの、体液貯留を来たさない動物モデルでは、食餌量・飲水量増加により代償され、体液量が変化しないことを明らかにしていた。その結果を踏まえ、当初計画になかった体液貯留モデル動物での検討を行い、自由摂食・飲水下でのSGLT2阻害薬投与により、体液貯留が改善されることを明らかにした。さらに、当初3年目に予定していた糖尿病患者での検討を1年間前倒しして開始し、体液貯留を伴う糖尿病性腎障害患者では、動物モデル同様の体液貯留改善効果があることを確認した。しかし、当初より予定しているSGLT1,2両阻害による検討は未施行であり、次年度に実施する予定である。本研究では、腎近位尿細管起始部に発現するナトリウム依存性グルコース輸送体2(SGLT2)による体液量調節機序を、主に尿細管Na輸送に着目して動物モデル及びヒトでの検討を行った。動物モデルを用いた検討では、選択的SGLT2阻害薬イプラグリフロジンは、1食餌量・飲水量と独立した尿中Na排泄促進・尿量増加による体液量減少作用があること21は体液貯留のない非糖尿病モデル(SDラット)では、食餌量・飲水量増加により代償され体液量を減少させないこと3体液貯留高血圧モデル(Dahl食塩感受性ラット)を用いた短期間(7日間)での検討では、尿量増加を介した体液量減少効果があることを明らかにした。さらに、体液貯留を伴う糖尿病腎障害患者にSGLT2阻害薬ダパグリフロジンを投与した検討では、開始3日目をピークとした尿量及び尿中Na排泄促進を介して、細胞外水分量優位に体水分量を減少させることを明らかにした。以上より、SGLT2阻害薬には潜在的なNa利尿作用があり、体液量の恒常性維持に重要な役割を果たすと考えられた。尿細管Na輸送に関わるトランスポーター発現の検討も行った。SGLT2阻害薬投与によりSGLT2の発現は非糖尿病モデル・糖尿病モデルで共に亢進し、SGLT1は非糖尿病モデルで発現が低下した。また、近位尿細管に発現しNa再吸収に関与するリン酸化NHE3(pS605 NHE3)の発現は、糖尿病モデルへのSGLT2阻害薬投与により発現が亢進した。これらの結果を踏まえ、1体液貯留動物モデル及びヒトにおける体液量減少を介した長期心・腎予後改善効果の有無2腎尿細管下流での水・Naトランスポーター発現を含めた水・Na代償メカニズムなどは未解明の課題として浮き彫りとなった。本研究では、SGLT2阻害薬には潜在的なNa利尿作用がある一方、体液量の恒常性維持に重要な役割を果たすことを明らかにした。動物モデルへのSGLT2阻害薬投与により、1食餌量・飲水量と独立した尿中Na排泄促進・尿量増加作用があること2体液貯留のない非糖尿病モデルでは、食餌量・飲水量増加により代償され体液量を減少させないこと3体液貯留高血圧モデルでは、尿量増加を介した体液量減少効果があることを明らかにした。さらに、体液貯留を伴う糖尿病腎障害患者へのSGLT2阻害薬投与は、開始3日目をピークとした尿量及び尿中Na排泄促進を介して、細胞外水分量優位に体液貯留を改善させることを明らかにした。初年度の結果を踏まえ、当初の計画通りSGLT1,2両阻害が体液量・尿細管Na輸送に及ぼす影響と機序を解明するため、SGLT1,2両阻害薬Phlorizinを用いた検討を計画している。一方、これまでに用いた非糖尿病モデルSprague-Dawley rat、糖尿病モデルSpontaneously DiabetiTorii ratは、いずれも体液貯留を来さないモデルであった。そのことで、SGLT2阻害薬投与でも生体の恒常性維持機構により体液量を変化させなかった可能性がある。
紅河デルタ村落同族集団に関する社会歴史調査

1旧バックコック村を中心とする歴史調査により以下のデータが収集された。(1)碑文資料を初めとする大量の漢文の地方文書が収集され、16世紀以降ベトナムの村レベルの歴史の解明の手がかりが得られた。(2)革命前から革命後にかけての地主の土地集積に関する資料が発見され、革命初期の土地政策を解明する有力な手がかりが得られた。(3)考古学的発掘により、11-12世紀の李朝期段階と思われる大量の陶器が発掘され、居住史の解明が大きく進展した。(4)古老の聞き取り調査によって1930年代後半から現在にいたる、公式文献には現れない村の状況に関するデータが収集された。また、革命前の習俗及び伝統的教育についての情報が収集された。(5)調査村の風水上の位置づけに関する資料が収集された。(6) 1945年飢饉が村に与えた被害に関するデータが集められた。2コックタイン合作社に関する社会調査の結果次のデータが得られた。(1)合作社の下意単位である生産隊の隊長へのインタビューを通して、その機能が明らかになった。(2)合作社の変容過程について最新資料が収集された。合作社の権限の縮小と行政村への権限の移行に関する具体的な情報が得られた。3同族集団ゾンホについて下記のデータが得られた。(1)祠堂の立地を確認し、地図に落とした。(2)ブイ・ゾアン族の18世紀の分節に関する情報が得られた。(3)ブイ・フイ族およびグエン・コン族の移住に関するデータが得られた。4地域環境について下記の情報が得られた。(1)村の測量を完了し、地図を完成した。(2)ナムディン省一帯の水利システム調査を行った。(3)水田の土壌採集、ハンドオーガーによる地質調査を行い、土壌サンプルを持ち帰った。7月上旬から8月下旬にかけて日本側メンバーが渡越し、ベトナム側研究分担者とともに文書館調査とコックタイン合作社の村落臨地調査を行い、次のような成果を得た。1桃木至朗大阪大学助教授を代表とする科研調査団(平成57年)によって始められた同村の基礎調査を完了した。(1)村の水準測量を完了し、村の地図を完成した。(2)前年収集した碑文史料の文面と所在地の確認を行った。(3)村の祠堂の立地を確認し、地図に落とした。2村の生態調査を行い、次の2つのテーマにつき基礎データを収集した。(1)水田の土壌分析のためのサンプルを収集した。(2)屋敷地内及び近隣の果樹と池の生態的意味を示すデータが得られた。3合作社の生産隊レベルの聞取り調査を行った。(1)現在の生産隊の機能の社会学的側面と農学的側面を明らかにするデータを収集した。(2)旧生産隊長の聞取りにより、70年代の生産隊の実態の一端が明らかにされた。4村の歴史について次のデータが得られた。(1)村の古老の聞取りにより、45年以前の習俗及び伝統教育についての情報を収集、また伝統的村落知識人の蔵書リストを作成した。(2)村内の考古学遺物の表面採集が行なわれた。(3) 45年飢饉の村への影響が明らかにされた。5村内最大の同族集団であるブイフイ族について次の2点の調査を開始した。この課題は本調査の主たる目標であり、次年度以降さらなる探求が必要である。(1)ブイフイ族家譜の編纂過程が明らかにされた。(2)ブイフイ族内の1分節の移住の実態に関する情報が収集された。

6その他(1)市場、医療機関、学校などの基礎データが収集された。(2)伝統家屋についての調査が始められた。7月下旬から8月上旬にかけてと12月の村落臨地調査で次のような成果が得られた。1合作社の変容過程について最新資料が収集された。2古老の聞き取り調査によって次の2点に関するデータが収集された。(1)革命前後の村の状況が明らかにするような情報が得られた。(2)前年に引き続き、革命前の習俗及び教育に関する情報が得られた。3村の同族集団について次の三つの族に関するデータが収集された。(1)前年に引き続きブイフイ族の歴史的形成過程に関する情報が収集された。(2)ブイゾアン族の18世紀の分節化についての情報が得られた。(3)グエンコン族の1分節の移住の実態に関する情報が収集された。4考古学的発掘により、地形の形成史及び村の居住史の一端が明らかになった。北属期以降のいくつかの遺物が発掘された。5建築学的調査により、村の民家の構造と変遷が明らかにされた。民家の詳細な測量図が収集された。6前年に引き続き、村の池の生態学的調査が行われ、池の水質その他に関する実証的なデータが収集された。7その他(1)医療ステーションの機能について熱帯医学の立場からの調査が行われた。(2)村で生産される野菜の流通経路について追跡調査が行われ、その実態が明らかになった。(3)ナムディン省の文化通信所及び郷土史家との意見交換により調査村を含む近隣地方の歴史に関するデータが収集された。(4)村の風水知識に関する初歩的調査が行われた。合作社の権限の縮小と行政村への権限の移行に関する具体的な情報が得られた。2古老の聞き取り調査によって抗仏期(1945-54)の村の状況に関するデータが収集された。40年代の村における親仏政権とベトミン政権の攻防が具体的に知られた。また、45年当時の中国国民党軍の進駐に関する証言やフランスによる破壊以前の村の景観や宗教施設についての若干の情報が収集された。3革命前から革命後にかけての地主の土地集積に関する資料が発見され、革命初期の土地政策を解明する有力な手がかりが得られた。4土地改革期から合作社初期にかけての表彰状類が発見され、村落機構の制度的変遷の年代確定のための有力な資料が得られた。5考古学的発掘により、11-12世紀の李朝期段階と思われる大量の陶器が発掘され、居住史の解明が大きく進展した。6ハンドオーガーによる土壌調査を行った。その結果、調査地点が完新世の高温期の高位海水時期に旧汀線付近の砂堆列をなしていた時期の堆積物データが得られた。7村内における女性労働の初歩的調査を行い、労働時間の配分の概要に関する情報が得られた。8ナムディン図書館において、ナムディンの近現代史、郷土史、革命史や合作社関連の刊行物を複写して収集した。9ナムディン省博物館の別館に漢籍資料が存在することを知り、その所在を確認した。
質量分析法と重水素交換を用いたリボゾームの反応機序とダイナミクスの研究

タンパク質はリボソームによって合成されるが(翻訳)、その様子はリボソームが50以上のタンパク質と3つRNAから成る巨大な複合体(2.3MDa)であるため、溶液中で詳細に観察されてこなかった。本研究によって、タンパク質合成過程の中の「転移」について、質量分析法と重水素交換を用いることで52リボソームタンパク質の構造変化の程度を実際に働いている時間スケール(ミリ秒)で一斉検出することに成功した。リボソームの機能発現とダイナミクスの関係を調べており、質量分析法を用いた反応中間体の水素/重水素(H/D)交換実験を行っている。転移過程でのリボソームは二つのサブユニット間の回転運動が主な動きとして既に知られているが、その時の各蛋白質のダイナミクスの変化について観察した。転移の構造変化が常に起こっているUnlock状態と、GTPアナログを使用することで構造変化が止まっているLock状態に対して、触媒反応に近い時間スケールである20ms間のH/D交換実験を行ったところ、Unlockに比べLockの方が交換されにくく、50Sより30Sサブユニットの蛋白質の方が大きく影響を受けることが分かった。機能関連蛋白質を詳細に見ると、tRNA出入口(L16,L25,S12,L31,L33)やシフト(S13)に関わる蛋白質はより高度に交換され、Unlock状態では交換率が同調する傾向にあった。しかしmRNAの出口(S7,S11)や入口(S3,S4,S5)はそれほど高い交換率ではない。特に入口は同調も見られず、S3はUnlock状態でも交換が低かった。これらのことはtRNAの結合、解離、シフトには各蛋白質の揺らぎも大きく関与し、逆にmRNAはrRNAの回転運動の方がより大きく影響することを示している。特に入口のS3蛋白質近傍はmRNAシフトに重要であることも示唆された。リボソームの機能発現とダイナミクスの関係を調べており、そのために質量分析法を用いた反応中間体の水素/重水素(H/D)交換実験を行っている。本年度はリボソームの反応中間体実験には欠かせないMg^<2+>イオン濃度変化とリボソームダイナミクスの研究について雑誌報告することができた(研究発表を参照)。核酸を主要構成成分とするリボソームはMg^<2+>イオンによって偏った負の電荷を中和し、その構造を安定に維持しているが、多量に存在しすぎるとかえって活性を落とすことが知られている。そのメカニズムは長らく議論されてきたが、今回発表した論文においてMg^<2+>イオン濃度に依存したリボソームのダイナミクス(柔軟性)の変化が、その一因となっていることを示した。またMg^<2+>イオン濃度が薄くなるにつれてtRNA結合部位を中心にリボソームはダイナミクスを増すことが分かり、インデュースドフィットメカニズムの存在が示唆された。加えてM/D交換の結果を複合体形成のアセンブリーマップと比較することで、アセンブリー後期に結合する蛋白質が低Mg^<2+>イオン濃度でもがっちりと固い構造を維持することで、ダイナミックに動くようになったリボソームの構造を安定に保っていることも分かった。それらの実験と並行して、測定法について微小反応場を目的としたマイクロリアクターを用いてラピッドクエンチングを行うことで、より機能発現に近い時間スケールでの動きを捉えるデバイスの設計を試みている。今年度で17msのクエンチングに成功し、これまでは見えなかった交換プロファイルが得られ、さらなる高速クエンチング設計が可能であることも分かった。リボソームが蛋白質合成反応を行う際に引き起こされる溶液中での構造変化を、実際に働いている時間スケール(ミリ秒)で捉えるために、H/D交換と質量分析計用いてその変化を検出し、リボソームの反応機序とダイナミクスとの関係を解明すべく研究を行った。転移過程でのLockとUnlock状態においてクライオ電子顕微鏡では30S複合体のNeck領域をHinge centerとしてHead領域のswiveling motionが起こると報告されているが、H/D交換においても新たに行った分子の動きだけを抽出する解析法を導入することで、20ミリ秒時間スケールの溶液中でそれらを裏付けるような、Neck領域の蛋白質が極度に変化する結果が得られた。また50S複合体においては、これまでに知られていなかったHeadからtRNAやmRNAの導入口周辺にかけての広い領域で、極度に動かなくなっているという結果が得られた。それらの実験と同時に開始複合体や抗生物質を用いた実験にも着手している。加えて、より速い動きを捉えるため、より時間分解能の高い検出を可能にするためのマイクロリアクターチップ開発を行った。材質はポリジメチルシロキサン(PDMS)で、これまでの流路設計を大幅に見直した結果、反応流路を5nLにまで小さくすることで5.5ミリ秒の動きを捉えることができる装置が完成した。現段階でさらなる混合効率の高い反応条件を検討する必要があるが、この装置によりリボソームのより速い構造変化を捉えることが可能となった。
動物細胞Na+/H+アンチポータの講造・機能・調節

Na^+/H^+アンチポータ(NHE、Na^+/H^+ exchanger、SLC9ファミリーともいう)は細胞内pH・Na^+・細胞容積の調節に関与する主要な膜輸送ナノマシーンの一つである。本研究では、NHIEとその制御因子の構造・機能・調節に焦点をしぼり、NHE分子によるイオン輸送の分子機構とその制御機構を、分子細胞生物学的および構造生物学的解析を用いて明らかにする研究をめざした。その結果、NHEファミリーのうちで形質膜に発現するアイソフォーム(NHE1-NHE3、およびおそらくはNHE4とNHE5)において、EFハンドCa^<2+>結合タンパク質であるCHPが膜直下細胞質領域に直接結合することがそれらの生理活性に必須であることを見出した。またCHP2アイソフォームは癌細胞特異的に発現し、癌細胞の高pHの維持に関与する可能性を示唆した。また、Ca^<2+>イオンはCHPに極端に高い親和性で結合することを見出し、NHEにおいてCHPがCa^<2+>センサーではなく構造的な役割を持つことを明らかにした。最近その結合ドメインとの複合体の結晶構造を決定し、CHPがNHEファミリータンパク質に強固に結合する分子基盤を原子レベルで明らかにした。他方、NHE本体の研究においては、NHE1がダイマーを形成することおよびC末端がダイマー形成に関わることを見出した。さらに最近、NHE1が生理的な機能を持つためにはアクティブな二つのサブユニットによるダイマー化が必須であるというデータを得ている。また、細胞容積センサー、pHセンサーを制御する分子内ドメインの同定、pHセンサーサイトの速度論的存在証明などの成果を挙げた。あらゆる生物のpH・Na^+濃度・細胞容積の調節に中心的役割を果たす膜輸送ナノマシーン、Na^+/H^+アンチポータ(NHE、Na^+/H^+ exchangerともいう)が、a)どのようにしてイオンを認識し、膜を隔ててそれを輸送するのか、b)その活性調節機構はどのような構造的基盤に基づいて行われるのかを解明するのが本研究課題の目的である。本年度は、その準備段階として、以下のような試みを行った。1.NHEとその結合因子の結晶構造解析:将来の構造解析に向けて、タンパク質を大腸菌および昆虫細胞で発現することを試み、NHEと相互作用するタンパク質CHPを大量に発現・精製することができた。しかし精製したタンパク質は凝集しやすく結晶化には不向きであり、現在NHE1/CHP複合体を精製する方向で検討を加えている。2.NHEのH^+制御部位の解析:NHE発現細胞を用いて、^<22>Na^+流出実験などからNHE分子内にはH^+輸送部位とは異なるH^+制御部位が存在し、この部位におけるH^+の結合・解離によってNHE活性のon-offが決定されることが明らかになった。また、部位特異的変異導入の手法によって、NHE1の11番目の膜貫通ドメイン内のグリシンに富んだモチーフがH^+制御部位を調節する一つの重要な領域であることが示唆された。3.NHE1オリゴマーの近接部位の同定:NHE1のオリゴマー形成における近接部位を同定するため、Cys変異を導入して分子間Cys-Cys架橋反応を検出した。その結果、細胞質のC末端領域、特にその後半部が分子間で近接する位置にあることが判明した。C末端はさまざまな活性調節分子が結合する領域であり、この領域におけるオリゴマー構造が活性調節に重要な役割を担う可能性が示唆される。Na^+/H^+交換輸送体(NHE)には組織特異的に発現する様々なアイソフォームがあるが、私達はこれまで、これらのNHEが生理的な活性を発揮するためには、普遍的に発現するCa^<2+>結合タンパク質の一種、CHP(CHP1と呼ぶ)との相互作用が必須であることを明らかにした。

今回は、別のCHPアイソフォームCHP2の作用を検討した。CHP2はCHP1と同じ細胞質ドメインの膜直下の領域に結合し、CHP1と同様に活性を発揮するのに寄与する。さらに興味深いことに、CHP2はヒトの全組織にほとんど発現していないが、hepatoma, carcinoma, leukemiaなどの癌細胞ではかなりの量が発現することを確認した。CHP1とは異なって、CHP2を高発現した細胞では血清非存在下においてすでにNHE1は活性化状態にあり、細胞内pHは高いレベルにあることがわかった。さらに、CHP1とは異なって、CHP2高発現細胞は無血清に抵抗性を示し、無血清下において60%以上の細胞が一週間以上生き残ることがわかった。このような性質は癌細胞一般にみられるものである。以上のことから私達は、細胞が癌化するとCHP2が発現し、NHE1に結合していたCHP1がCHP2と置換するのに伴ってNHE1が恒常的に活性化され、これによって維持される異常に高い細胞内pHが、血清非依存性増殖、無血清に対する抵抗性、invasionの亢進など癌細胞特有のフェノタイプに寄与するものと考えている。また今回、部位特異的変異導入の手法を用いてNHE1の第5細胞内ループのArg^<440>残基およびGly^<455>/Gly^<456>残基がNHE1のpHセンサーの制御に重要であることを見出した。Na^+/H^+交換輸送体(NHE)には組織特異的に発現する様々なアイソフォームがあるが、私達はこれまで、これらのNHEが生理的な活性を発揮するためには、普遍的に発現するCa^<2+>結合タンパク質の一種、CHP(CHP1と呼ぶ)との相互作用が必須であることを明らかにした。また、別のCHPアイソフォームCHP2は細胞の癌化にともなって発現し、CHP2が発現するとNHE1は活性化状態になり、高い細胞内pHの維持、無血清に対する高い抵抗性など、癌細胞特有のフェノタイプを示すようになることがわかった。また、CHP1のEFハンドCa^<2+>結合モチーフの役割を解析した。CHP1のEF3およびEF4に二つのモチーフにCa^<2+>高親和性(Kd=90μM)に結合すること、NHE1との相互作用によってCa^<2+>親和性が約40倍増加することを見出した。また、種々の発現実験から、CHP1はCa^<2+>センサーとしては機能せず、EFハンドに強固に結合したCa^<2+>が重要な構造的エレメントとしてNHE1のpH調節に寄与することが示唆された。NHE1によるpH調節には、H^+輸送部位とは別のH^+結合部位(H^+制御部位あるいはpHセンサー)が存在し、そのH^+親和性の変化が重要であることが示唆されている。今回そのような付加的なH^+結合部位の存在を証明するため、Na^+/H^+交換の逆反応(^<22>Na^+流出)を測定し、H^+輸送部位とH^+制御部位を速度論的に区別することに成功した。